Строительные исследования
страница - 0
2+
Желтая люминесценция иона EU в SRi xBAxF2
Никифоров А. Е., Захаров А.Ю., Чернышев В.А.(У1аШт1г.Сцету8иеу@и8и.ги ), Угрюмов М.Ю., Котоманов С.В.
Уральский Государственный Университет, 620083, Ленина 51, Екатеринбург, Россия
1. Введение
Щелочноземельные фториды CaF2 , SrF2 , BaF2 а также смешанные кристаллы на их основе привлекают внимание исследователей уже более четырех десятилетий [1,2,3,4,5]. Эти соединения, дотированные редкоземельными элементами (РЗМ), являются хорошими люминофорами и служат основой для создания твердотельных лазеров. Спектры РЗМ ионов в кристаллах MeF2(Me=Ca,Sr,Ba) были исследованы Каплянским и Феофиловым [4,5]. В последнее время внимание исследователей привлекают спектры РЗМ ионов в смешанных кристаллах Mej.xMexF2(Me,Me =Ca,Sr,Ba) (Kawano et el [2,3], Dujardin et el [10]). Характер спектров люминесценции и поглощения зависит от электронной структуры кристалла-матрицы, от расположения электронных уровней примесного иона относительно дна зоны проводимости, от величины кристаллического поля, определяющей расщепление уровней примесного иона. В частности, спектры иона Eu2+ в кристаллах Caj.xSrxF2:Eu и Srj.xBaxF2:Eu качественно различаются. В кристаллах Ca1-xSrxF2:Eu2+ наблюдается голубая люминесценция, в спектре которой присутствует бесфононная линия (БФЛ), связанная с переходом между нижним уровнем конфигурации 4f65d и основным состоянием 8S(4f7) иона европия
2+
[2,5]. В кристаллах Srj.xBaxF2:Eu при x>0.2 появляется длинноволновая желтая люминесценция [3], связанная с переходами между экситонным состоянием иона Eu2+, в котором электрон делокализован на ближайших ионах металла и основным состоянием S(4f) . При замене катионов Sr на Ba в кристалле-матрице происходит уменьшение кристаллического
2+
поля и t2g-eg расщепления 5d уровня иона Eu , вследствие чего нижний уровень 4f75d конфигурации оказывается выше уровня примесного экситона (рис. 1). При 0.2<x<0.5 присутствуют оба
вида люминесценции [3], что можно объяснить неравномерным распределением ионов Ва2+в кристалле-матрице, в результате чего примесные ионы Eu2+ имеют различное катионное
SrF2:Eu2+
ES
BaF2:Eu2+
/ | |
ЕЛ/ Ниш. 1 yellow f | Eads |
0 Q |
Рис.1. Схема конфигурационных кривых , описывающих механизм голубой и желтой люминесценции в SrF2: Eu2+ и
BaF2: Eu2+ [14].
наблюдается
только
желтая
окружение. При х>05 люминесценция [3].
Первая часть данной работы связана с изучением влияния кристалла-матрицы на положение нижнего уровня 4f65d
2+
конфигурации примесного иона Eu в кристаллах Caj.
2+2+
xSrxF2:Eu и Srj-xBaxF2:Eu . Во второй части работы рассчитывается зависимость фактора Хуанга-Риса и стоксова сдвига желтой люминесценции от величины х в кристаллах Srj-xBaxF2:Eu2+.
2.Модель расчета энергии кристалла
Согласно экспериментальным данным [1], двухкомпонентные системы CaF2-SrF2 и SrF2-BaF2 образуют твердые растворы при любом соотношении компонентов. Постоянная решетки этих систем экспериментально определена с точностью ± 0.0010.002 А, причем она приблизительно удовлетворяет закону аддитивности [1]. Как следует из рентгеноструктурного анализа, двухкомпонентные системы CaF2-SrF2 и SrF2-BaF2 являются твердыми растворами с неупорядоченной решеткой, обладающими кубической симметрией [1]. Наличие этих фактов позволяет применить к описанию таких систем метод виртуального кристалла. Этот метод был реализован нами в рамках оболочечной модели, в приближении парных потенциалов.
Равновесные положения ионов в кристалле могут быть найдены путем минимизации энергии кристаллической решетки. В оболочечной модели, в приближении парных потенциалов выражение для энергии решетки имеет вид:
и,, = 2II va + 21 kfi2(1)
2 i k( *i)2 i
где -энергия взаимодействия остов-оболочка i-ого иона и Vik -энергия взаимодействия между i-ым и k-ым ионами, которая может быть выражена следующим образом:
V = XiXk + YiXk + XiYk +YiYk+
lk rik \rik -§ i \rik +§k Ик -S i +S (2)
fk (rk) + gik {K -§ i +§ к I)
где функция
fk {r )=- Ak exp{- Bmr)/ r(3)
описываетблизкодействующуюэкранировку
электростатического взаимодействия остовов ионов, а функция gk {r) = Clkexp{- Dur)-Xjr6(4)
описывает близкодействующее отталкивание между оболочками ионов, записанное в форме потенциала Борна-Майера и взаимодействие Ван-дер-Ваальса; Xi , Yi -заряды остова и оболочки i-го иона, rik -расстояние между остовами i-го и k-го ионов. В нашей работе были использованы следующие значения для зарядов остовов: XF =+5, XCaySr,Ba,Eu =+8. Величины параметров парных взаимодействий, постоянных остов-оболочка для чистых кристаллов CaF2, BaF2, SrF2 и методы их получения приведены в предыдущих работах [6,7,8]. В данной
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]