#O-18

Specyficzne właściwości jonów Eu³⁺ i ich wykorzystanie
w badaniach spektroskopowych nowych materiałów
optycznie aktywnych

Marcin KACZKAN, Michał MALINOWSKI

Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

Materiały domieszkowane jonami europu są intensywnie badane jako wydajne źródła luminescencyjne, zarówno w postaci objętościowych dielektryków, półprzewodników, nanoproszków jak również w stanie ciekłym [1-3]. Ostatnio takie materiały wzbudzają zainteresowanie ze względu na ich wykorzystanie w wyświetlaczach, konwerterach i źródłach światła, w tym diodach LED światła białego (WLED) [4].
Trójwartościowy jon europu (Eu³⁺) jest dobrze znany ze swojej silnej luminescencji w zakresie czerwonym widma, wynikającej z wewnątrzkonfiguracyjnych (f-f) przejść elektronowych ze stanu ⁵D₀ do grupy poziomów ⁷F_0-6. Ze względu na duży dystans energetyczny do niżej leżącego poziomu, ~12000 cm-1, czas życia ⁵D₀ jest długi, rzędu ms, a wydajność kwantowa luminescencji z tego stanu bliska jest jedności. Cechą szczególną jonu Eu³⁺ jest jego stan podstawowy o zerowym całkowitym momencie pędu elektronów - ⁷F₀. Oznacza to, że przejścia ⁵D₀ ↔ ⁷F₀ zachodzą pomiędzy poziomami niezdegenerowanymi (J = 0), które nie ulegają rozszczepieniu w polu krystalicznym matrycy. Zatem liczba obserwowanych linii emisyjnych lub absorpcyjnych (⁵D₀ ↔ ⁷F₀) może być bezpośrednią miarą zróżnicowania pozycji jonów domieszki w sieci krystalicznej. Ponadto, struktura energetyczna jonu Eu³⁺ umożliwia szereg przejść o małym całkowitym momencie pędu J poziomów końcowych, ⁵D₀ → ⁷F_J=1,2,3,4 i ⁷F₀ → ⁵D_J=1,2,3, co pozwala na łatwą interpretację widm i określenie symetrii pozycji zajmowanych przez centra aktywne. Ciekawą cechą jest również jednoczesne występowanie przejścia magnetycznego (⁵D₀ → ⁷F₁), które jest niezależne od pola krystalicznego matrycy oraz przejścia „nadwrażliwego” (⁵D₀ → ⁷F₂) o charakterze dipola elektrycznego. Stosunek intensywności linii widmowych dla tych przejść zwany inaczej współczynnikiem asymetrii R_2-1 = I(⁵D₀ → ⁷F₂)/I(⁵D₀ → ⁷F₁) może być wykorzystany do zbadania zróżnicowania otoczenia domieszki aktywnej.
Niniejsza praca dotyczy wykorzystania tych i innych interesujących właściwości jonów Eu³⁺ w badaniach nowych dielektrycznych materiałów aktywnych. Zostaną zaprezentowane przykłady użycia jonów Eu3+ jako sondy spektroskopowej w takich kryształach jak Y₄Al₂O₉ (YAM), KGd(WO₄)₂ (KGW), KEu_xY_1-x(PO₃)₄ (KYPO), (KYPO), Bi₁₂GeO₂₀(BGO), Bi₂ZnOB₂O₆ (BZBO), Cs₂Bi₂O(Ge₂O₇) (CBGO).

Literatura
[1] K. Binnemans, Interpretation of europium(III) spectra, Coord. Chem. Rev. 295 (2015)
[2] J.H. Park, A.J. Steckl, Demonstration of a visible laser on silicon using Eu-doped GaN thin films, J. Appl. Phys. 98 (2005)
[3] H. Samelson, A. Lempicki, C. Brecher, V. Brophy, Room-temperature operation of a europium chelate liquid laser, Appl. Phys. Lett. 5 (1964)
[4] H. Yu, S. Chen, J. Chen, Synthesis and luminescence properties of orange-red phosphors NaY(WO4)2: Eu3+, Sm3+, IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. (2017)