Thermal, spectroscopic and laser properties of Yb3+Na+: CaF2 single crystals

The effects of Na+ doping level on the thermal conductivities, absorption and emission spectra, and fluorescence lifetimes of Yb3+ ,Na+ :CaF2 crystals were systematically studied. Sites structure, covalent force, and crystal field strength of Yb3+ :CaF2 crystals were markedly varied by codoping Na+ as charge compensator. The 2.0at% Yb3+ and 3.0at% Na+-codoped CaF2 crystal was demonstrated to operate in diode-pumped passively mode-locking scheme. Transform-limited 1 ps laser pulses were obtained, showing the crystal capable of producing ultra-short laser pulses. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cr4+在Al2O3多晶体中的光谱性能研究

Transparent polycrystalline Cr:Al2O3 ceramics were synthesized by conventional pressureless synthesis processing. The absorption and emission spectra of Cr:Al2O3 ceramics specimens before and after annealing were measured at room temperature. It was discovered that the emission spectra of Cr4+ in Al2O3 octahedral coordination site is in infrared wavelength range of 1100-1600 nm. The emission peak of Cr4+ is centered at 1223 nm, which is similar to that of Cr4+ in tetrahedral site. Al2O3 has smaller lattice constant, resulting in the larger crystal field strength, so there is a blue shift in the peak of Cr4+:Al2O3 ceramics compared to those of other Cr4+-doped crystals. And the emission band is much narrower with full width at half maximum Delta lambda 37 nm.

La2O3对Yb：Y2O3透明陶瓷光谱性能的影响

研究了La2O3对Yb：Y2O3透明陶瓷光谱性能的影响，添加适量La2O3以后，Yb：Y2O3透明陶瓷的吸收峰和发射峰的位置不变，但由于La^3＋的离子半径大于Y^3＋的离子半径，在Y2O3中引入La^3＋离子后，导致Y2O3晶格常数变大，晶场强度变弱，同时降低了Y2O3晶体的有序度，致使发射峰强度有所下降，发射截面变小．过量的№La2O3（x=0．16）造成yb^3＋激活离子发射强度明显下降；其荧光寿命在添加La2O3后总体增大45％-60％.

Espectroscopias de fotoluminescência, excitação e fotoacústica de amostras MgGa2O4: Ni2+ e GaNbO4-GaNb11O29-Ga2O3: Cr3+

Esta tese apresenta as espectroscopias de fotoluminescência, excitação e fotoacústica de amostras MgGa2O4 dopadas com 0,1%, 0,5% e 1,0% de Ni2+, obtidas pelo método de estado sólido e duas amostras distintas GaNbO4-GaNb11O29-Ga2O3 dopadas com 1,0% de Cr3+, uma sintetizada por reação de estado sólido e a outra pelo método de acetato. As amostras foram identificadas por Difração de Raios X e os dados foram refinados pelo método de Rietveld. A morfologia das amostras foi observada por Microscopia Eletrônica de Varredura. Os espectros ópticos das amostras apresentaram bandas de absorção e emissão do visível ao infravermelho próximo. As transições de energia foram analisadas com base na teoria de campo cristalino e os parâmetros de energia foram obtidos a partir de espectros de absorção e das matrizes de Tanabe-Sugano.

Propriedades ópticas do Mn2+ em sistemas Mg-Si-O

O objetivo deste trabalho foi investigar amostras do tipo MgSiO dopadas com 1,0% e 5,0% de Mn2+, obtidas em temperatura ambiente que luminesceram na faixa do vermelho. As amostras foram produzidas por reação de estado sólido sob alta temperatura e caracterizadas e pelo método de difração de raios X. Para análise das características físicas presentes na amostra após a dopagem, usamos a espectroscopia de fotoluminescência. Através da teoria do campo cristalino, dos espectros de luminescência e excitação e com a ajuda do diagrama e das matrizes de Tanabe-Sugano, foi possível identificar as luminescências, os níveis de energia excitados, os parâmetros de energia do campo cristalino, os parâmetros de Racah e a simetria do sítio ocupado por Mn2+.

Caracterização óptica e estrutural de materiais isolantes dopados com metais de transição do grupo do ferro

O objetivo deste trabalho foi a investigação das propriedades ópticas e estruturais de materiais isolantes contendo metais de transição do grupo do ferro como impurezas substitucionais. As técnicas usadas para o estudo de amostras MgGa2O4, MgGa2O4 + B- Ga2O3 e ZnGa2O4 dopadas com Cr3+e Fe3+ foram: fotoluminescência, excitação, difração de raios-X, espalhamento de nêutrons, método de Rietveld para o refinamento da estrutura e espectroscopia fotoacústica. Estas técnicas permitem a determinação da coordenação do sítio impureza, a atribuição das transições de energia, o cálculo dos parâmetros de energia e a determinação de propriedades cristalográficas. As amostras apresentam largas bandas de energia nas regiões do visível e do infravermelho. Estas transições indicam a relevância deste estudo pelo interesse tecnológico na obtenção de novos materais com bandas sintonizáveis. No primeiro capítulo apresentamos uma introdução à teoria de campo cristalino. No segundo capítulo apresentamos medidas de fotoluminescência e excitação do MgGa2O4 dopado com 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+ a 77 K e temperatura ambiente. No terceiro capítulo usamos fotoluminescência, excitação, espalhamento de nêutrons, difração de raios X, fotoacústica e método de refino de Rietveld para analisar o sistema MgGa2O4 + B-Ga2O3 contendo 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+. No quarto capítulo mostramos resultados de fotoacústica para o ZnGa2O4 dopado com 5% e 10% de Fe3+.

Propriedades luminescentes do SrGa2O4 dopado com íons de Ni2+

O objetivo deste trabalho é a síntese e investigação estrutural e óptica de amostras SrGa2O4 dopados com 1% de íons Ni2+. Estas amostras foram sintetizados por reação do estado sólido convencional, utilizando como materiais de partida de alta pureza Ga2O3, SrCO3 e NiO em quantidades estequiométricas. As amostras foram caracterizadas estruturalmente pelo método de difração de raios - X( XRD ) e as medições de difração mostraram que as amostras têm uma única fase monoclínica. Os padrões de XRD também foram refinados pelo método de Rietveld, que permitiu a determinação dos parâmetros de célula unitária. A Caracterização óptica das amostras puras e dopadas SrGa2O4 foram realizadas as medições a partir de fotoluminescência, de excitação e de absorção fotoacústica, à temperatura ambiente. Os espectros de emissão mostraram três bandas de emissão localizadas em 557 nm, 661 nm e 844 nm e foram identificadas essas bandas, respectivamente, com as seguintes transições eletrônicas :1T2 (1D) → 3A2 (3F), 3T1 (3F)→ 3A2 (3F) e 1T2 (1D) → 3T2 (3F). Os espectros de excitação mostraram seis bandas de absorção associadas às transições electrônicas do nível 3A2 (3F) para o 3T1 (3P) , T1 (3P), 1A1 (1G), 1T2 (1D), 3T1 (3F), 1E (1D) e 1T2, 1E (1G). Medidas de absorção fotoacústica também foram realizados com o fim de verificar as transições ópticas observadas nos espectros de excitação e de identificar novas bandas de absorção óptica. Os resultados demonstraram que os íons de Ni2+ ocupam dois locais octaédricos diferentes na amostra SrGa2O4 dopado. A partir das transições ópticas observadas nos espectros de excitação e fotoacústica, determinou-se o parâmetro de cristal de campo, dq, e parâmetros Racah, B e C. A proporção Dq / B ≈ 1.2 para ambos os locais são típicos para Ni2+ íons inseridos em redes de óxido e em coordenação octaédrica.

Propriedades fotoluminescentes e higroscopia do composto SrAl2O4 dopado com íons de Ni2+

Amostras foram preparadas pelo método de difusão a partir dos reagentes químicos SrCO3, Al2O3 e NiO em proporções estequiométricas. Medidas por difração de raios X mostraram que as amostras possuem uma única fase: SrAl2O4. Neste trabalho apresentamos imagens de microscopia eletrônica de varredura das amostras SrAl2O4 dopadas com 0,1%, 0,5%, 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+, medidas de fotoluminescência, excitação da fotoluminescência da amostra SrAl2O4 dopada com 1,0% de íons de Ni2+, medidas de absorção fotoacústica das amostras SrAl2O4 dopadas com 1,0%, 2,0%, 5,0% e 10,0% de íons de Ni2+. Estas medidas foram realizadas a temperatura ambiente para investigar as transições eletrônicas dos íons divalente de níquel que entraram substitucionalmente nos sítios de Sr2+ da rede do SrAl2O4. Os resultados ópticos mostram a existência de três centros emissores de Ni2+. De acordo com a literatura, a estrutura do SrAl2O4 é composta de dois sítios octaédrico distintos de íons de Sr2+, o Sr12+ e o Sr22+, cujas distâncias médias Sr1 O e Sr2 O são, respectivamente, 2,800 Ǻ e 2,744 Ǻ. Visto que os íons de Ni2+ tendem a substituir os íons de Sr2+, devido ao fato de possuírem a mesma valência, é necessário considerar que uma parte dos íons de Ni2+ ocuparam os sítios dos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 para justificar a existência de um terceiro centro emissor de Ni2+ nesse composto. Uma novo sítio octaédrico para os íons de Ni2+ foi estimado a partir do valor da aresta do sítio tetraédrico ocupado pelos íons de Al3+ na rede do SrAl2O4 (considerando o raio iônico do Ni2+ como aproximadamente 40% maior do que o raio iônico do Al3+). As transições eletrônicas presentes nos espectros de excitação e absorção fotoacústica permitiram determinar os parâmetros de campo cristalino (Dq) e Racah (B e C) para os três sítios diferentes ocupados pelos íons de Ni2+ no SrAl2O4. Neste caso, os resultados mostraram que o sítio II dos íons de Ni2+ é associado à posição do Sr1 e possuem um parâmetro Dq menor e que o parâmetro Dq associado aos íons de Ni2+ que substituíram os íons de Sr no sitio I, o qual, por sua vez é associado à posição do Sr2. E, por fim, o sítio III que possui o menor parâmetro de campo cristalino Dq, portanto a maior distância íon ligante, é identificado como aquele relacionado ao rearranjo octaédrico local das antigas posições de Al3+. O caráter higroscópico do SrAl2O4:Ni2+ é observado a partir dos espectros de absorção fotoacústica e os modos de vibração de estiramento das ligações Ni OH e O H são identificadas nos espectros.

Does the orbital degeneracy play any role in the high thermopower of lamellar cobaltites?

This article investigates the role of the CoO6 octahedron distortion on the electronic properties and more particularly on the high value of the Seebeck coefficient in the BiCaCoO lamellar cobaltites. Our measurements provide clues indicating that the t2g orbital degeneracy lifting has to be considered to account for the observed high temperature limit of the thermopower. They also provide experimental arguments for locating the a1g and eg′ orbitals levels on the energy scale, through the compression of the octahedron. These results are in agreement with recent ab initio calculation including the electronic correlations and concluding for the inversion of these levels as compared to the expectation from the crystal field theory. © 2007 American Institute of Physics.

Synthesis and optical properties of europium-doped ZnS: Long-lasting phosphorescence from aligned nanowires

Quasi-aligned Eu2+-doped wurtzite ZnS nanowires on Au-coated Si wafers have been successfully synthesized by a vapor deposition method under a weakly reducing atmosphere. Compared with the undoped counterpart, incorporation of the dopant gives a modulated composition and crystal structure, which leads to a preferred growth of the nanowires along the [0110] direction and a high density of defects in the nanowire hosts. The ion doping causes intense fluorescence and persistent phosphorescence in ZnS nanowires. The dopant Eu2+ ions form an isoelectronic acceptor level and yield a high density of bound excitions, which contribute to the appearance of the radiative recombination emission of the bound excitons and resonant Raman scattering at higher pumping intensity. Co-dopant Cl- ions can serve not only as donors, producing a donor-acceptor pair transition with the Eu2+ acceptor level, but can also form trap levels together with other defects, capture the photoionization electrons of Eu2+, and yield long-lasting (about 4 min), green phosphorescence. With decreasing synthesis time, the existence of more surface states in the nanowires forms a higher density of trap centers and changes the crystal-field strength around Eu2+. As a result, not only have an enhanced Eu2+ -4f(6)5d(1)-4f(7) intra-ion transition and a prolonged afterglow time been more effectively observed (by decreasing the nanowires' diameters), but also the Eu2+ related emissions are shifted to shorter wavelengths.

Synthesis and luminescence of ZnMgS : Mn2+ nanoparticles

Efficient green emission from ZnMgS:Mn2+ nanoparticles prepared by co-doping Mg2+ and Mn2+ ions into ZnS lattices has been observed. The synthesis is carried out in aqueous solution, followed by a post-annealing process, thus showing the features of less complexity, low cost, and easy incorporation of dopants. In comparison with the emission of ZnS:Mn2+ nanoparticles, which is located generally around 590 nm, the photoluminescence of ZnMgS:Mn2+ nanoparticles is blue-shifted by 14 nm in wavelength, leading to the enhanced green emission. The X-ray diffraction, electron spin resonance, and pressure dependent photoluminescence measurements suggest that the change of the crystal field caused by Mg2+ ionic doping and the lower symmetry in the nanoparticles may account for the blue-shift of the photoluminescence. The ZnMgS:Mn2+ nanoparticles with 1% Mn2+ doping exhibit the strongest luminescence, which could potentially meet the requirements for the construction of green light emitting diodes.

Photoluminescence of low-dimensional semiconductor structures under pressure

Photoluminescence of some low-dimensional semiconductor structures has been investigated under pressure. The measured pressure coefficients of In0.55Al0.45 As/Al0.5Ga0.5As quantum dots with average diameter of 26, 52 and 62 nm are 82, 94 and 98 meV/GPa, respectively. It indicates that these quantum dots are type-I dots. On the other hand, the measured pressure coefficient for quantum dots with 7 nm in size is -17meV/GPa, indicating the type-II character. The measured pressure coefficient for Mn emission in ZnS:Mn nanoparticles is -34.6meV/GPa, in agreement with the predication of the crystal field theory. However, the DA emission is nearly independent on pressure, indicating that this emission is related to the surface defects in ZnS host. The measured pressure coefficient of Cu emission in ZnS: Cu nanoparticles is 63.2 meV/GPa. It implies that the acceptor level introduced by Cu ions has some character of shallow level. The measured pressure coefficient of Eu emission in ZnS:Eu nanoparticles is 24.1 mev/GPa, in contrast to the predication of the crystal field theory. It may be due to the strong interaction between the excited state of Eu ions and the conduction band of ZnS host.

Investigation of phtoluminesecence under hydrostatic pressure in different sized ZnS : Mn nanoparticles

The PL spectra for the 10, 4. 5, 3. 5, 3, 1 nm sized ZnS:Mn2+ nanoparticles and corresponding bulk material under different pressures were investigated. The orange emission band originated from the T-4(1)-(6)A(1) transition of Mn2+ ions showed obvious red shift with the increasing of pressures. The pressure coefficients of Mn-related emissions measured from bulk, 10, 4. 5, 3.5 and 3 nm samples are -29.4 +/- 0.3, -30.1 +/- 0.3, -33.3 +/- 0.6, -34.6 +/- 0.8 and -39 +/- 1 meV/GPa, respectively. The absolute value of the pressure coefficient increases with the decrease of the size of particles. The size dependence of crystal field strength Dq and Racah parameter B accounts for the size behavior of the Mn-related emission in ZnS:Mn nanoparticles. The pressure behavior of Mn-related emission in the 1 nm sized sample is somewhat different from that of other nanoparticles. It may be due to smaller size of 1 nm sample and the special surface condition since ZnS nanoparticles are formed in the cavities of ziolite-Y for the 1 nm sample.

Photoluminescence of doped ZnS nanoparticles under hydrostatic pressure

The pressure dependence of the photoluminescence from ZnS : Mn2+, ZnS : Cu2+, and ZnS : Eu2+ nanoparticles were investigated under hydrostatic pressure up to 6 GPa at room temperature. Both the orange emission from the T-4(1) - (6)A(1) transition of Mn2+ ions and the blue emission from the DA pair transition in the ZnS host were observed in the Mn-doped samples. The measured pressure coefficients are -34.3(8) meV/GPa for the Mn-related emission and -3(3) meV/GPa for the DA band, respectively. The emission corresponding to the 4f(6)5d(1) - 4f(7) transition of Eu2+ ions and the emission related to the transition from the conduction band of ZnS to the t(2) level of Cu2+ ions were observed in the Eu- and Cu-doped samples, respectively. The pressure coefficient of the Eu-related emission was found to be 24.1(5) meV/GPa, while that of the Cu-related emission is 63.2(9) meV/GPa. The size dependence of the pressure coefficients for the Mn-related emission was also investigated. The Mn emission shifts to lower energies with increasing pressure and the shift rate (the absolute value of the pressure coefficient) is larger in the ZnS : Mn2+ nanoparticles than in bulk. Moreover, the absolute pressure coefficient increases with the decrease of the particle size. The pressure coefficients calculated based on the crystal field theory are in agreement with the experimental results. (C) 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Pressure dependence of Mn2+ luminescence in differently sized ZnS : Mn nanoparticles

The pressure behavior of Mn2+ emission in the 10-, 4.5-, 3.5-, 3-, and 1-nm-sized ZnS:Mn2+ nanoparticles is investigated. The emission shifts to lower energies with increasing pressure, and the shift rate (the absolute value of the pressure coefficient) is larger in the ZnS:Mn2+ nanoparticles than in bulk. The pressure coefficient increases with the decrease in particle size with the 1-nm-sized particles as an exception. Pressure coefficient calculations based on the crystal field theory are in agreement with the experimental results. The pressure dependence of the emission intensity is also size dependent. For nanoparticles 1 and 3 nm in size, the luminescence intensity of Mn2+ decreases dramatically with increasing pressure, while, for bulk and particles with average sizes of 3.5, 4.5, and 10 nm, the luminescence intensity of Mn2+ is virtually unchanged at different pressures. The bandwidth increases faster with increasing pressure for smaller particles. This is perhaps due to the fact that there are more Mn2+ ions at the near-surface sites and because the phonon frequency is greater for smaller particles. These new phenomena provide some insight into the luminescence behavior of Mn2+ in ZnS:Mn2+ nanoparticles.