динамічна

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • Результати і обговорення
  • Фазова чистота, структура та морфологія
  • MUL властивості Er 3+/Yb 3+, допірованих нанокристалами NaNbO 3
  • висновки
  • методи
  • Синтез матеріалів
  • Методи характеристики
  • Додаткова інформація
  • Документи Word
  • Додаткова інформація
  • Коментарі

предметів

  • Матеріалознавство
  • Матеріали для нанорозмірів

реферат

У цій роботі ми показуємо тут, що люмінесценція наноматеріалів NaNb03: Er 3+/Yb 3+ може модулюватися за допомогою магнітного поля та збільшення інтенсивності перетворення приблизно в 2 рази для Er3. +: 4 S 3/2 → 4 I 15/2, отримані при 30 ° C і приблизно 5, 4 для Er 3+: 4 F 9/2 → 4 I 15/2, отримані при 20 Т. Інтерпретована підвищена люмінесценція вгору особливо щодо покращеного перенесення без випромінювання від іонів 4 I 11/2 до 4 I 13/2 Er3 + та спін-орбітального зв'язку (тобто ефекту "змішування") в кристалічному полі зовнішнім магнітним полем. Тим часом ми спостерігали постійне розширення спектра із збільшенням напруженості магнітного поля, що пояснюється ефектом "змішування", викликаним магнітним полем, і різницею g-коефіцієнта піддіапазонів. Цей двофункціональний матеріал з контрольованими оптико-магнітними взаємодіями має різні потенційні додатки, такі як виявлення оптичного магнітного поля тощо. .

Двофункціональні магнітооптичні матеріали приділяють все більше уваги своїм потенційним застосуванням у високоточній комунікації, магнітно-резонансній томографії (МРТ), націлюванні або носіях наркотиків, наведенні літальних апаратів та виявленні оптичного магнітного поля завдяки своїй здатності виявлятися в різних моделі. оптично та магнітно 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Завдяки традиційним магнітооптичним біфункціональним матеріалам, що виробляються комбінуванням оптичних матеріалів з магнітними матеріалами, що призводить до поділу оптичної та магнітної фаз, дуже важко реалізувати взаємодію між оптичними та магнітними властивостями (наприклад, налаштування оптичних властивостей за допомогою магнітного поля ) 8, 9, 10, 11. Матеріали, леговані рідкоземельними іонами (РІ), є ідеальними кандидатами для цих функцій, оскільки вони мають багатий рівень енергії 4 f в оптичній частоті, регульованість магнітооптичної взаємодії за допомогою зовнішнього магнітного поля та чудову фотостабільність 12, 13, 14, 15,

Кілька нещодавніх робіт показують, що магнітооптичні взаємодії можна спостерігати одночасно в різних матеріалах за допомогою легування RE, наприклад леговану Er 3+ наносклокераміку 8, YVO 4: Er 3+ 16, 17, Gd203: Er 3+ Yb 3+ 11, 18, NaGdF4: Er 3+, Yb 3+ 19, 20, Nd3 + спільно леговані NaGdF4: Er 3+, Yb 3+ нанокристали 21 тощо. У цих матеріалах інтенсивності люмінесценції смуг випромінювання іонів RE поступово зменшуються (або збільшуються) із збільшенням (або зменшенням) прикладеного магнітного поля. Крім того, NaNbO 3 має перовскітну структуру та чудові властивості, такі як п'єзоелектрик, сегнетоелектрик, оптоелектроніка, нелінійна оптика тощо, порівняно з цими підкладками. Далі ми вивчали оптичну генерацію другої гармоніки (SHG) окремих мікроНанокристалів NaNbO3 з різною морфологією та розмірами, які показали сильні нелінійні реакції SHG 22. Завдяки своїм перевагам та на основі нашої дослідницької бази, ми вибрали NaNbO 3 як основний матеріал для роботи з класичною іонною парою з перетворенням Er 3+/Yb 3+, яка може перетворювати низькоенергетичні інфрачервоні фотони у високоенергетичні видимі світло.

Результати і обговорення

Фазова чистота, структура та морфологія

( a ) Рентгенограми нанокристалів NaNbO 3 та NaNbO 3: 2% Er 3+, 20% Yb 3+. ( b ) Кристалічна структура кубічного NaNbO3. ( c ) ТЕМ-зображення нанокристалів NaNb03. (d) Розподіл нанокристалічних розмірів NaNbO 3.

Повнорозмірне зображення

MUL властивості Er 3+/Yb 3+, допірованих нанокристалами NaNbO 3

На рисунку 2 показано вплив збільшення зовнішнього магнітного поля (до 40 Т) на MUL властивості Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та 4 F 9/2 → 4 I 15/2 переходи у NaNb03: нанокристали 2% Er 3+, 20% Yb 3+ при спектрах випромінювання 77 K [(a), (b) інтегровані інтенсивності люмінесценції]. Магнітне поле знаходиться в напрямку, паралельному збудливому випромінюванню. Випромінюване випромінювання контролюється в напрямку, паралельному прикладеному магнітному полю, а також збуджуючому випромінюванню. За відсутності магнітного поля цей зразок випромінює дуже сильне випромінювання із смугами випромінювання 530-570 нм та 642-685 нм при лазерному збудженні 976 нм (

150 мВт потужності), що відповідає 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та 4 F 9/2 → 4 I 15/2 іонних переходів Er3 +, відповідно 16, 17, 21. Іони Yb 3+ діють як сенсибілізатори до іонів Er 3+. Інтегрована інтенсивність люмінесценції обох смуг випромінювання спочатку зростає із застосуванням магнітних полів, а потім зменшується із збільшенням прикладених магнітних полів. Інтегрована інтенсивність люмінесценції Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 може зрости приблизно до 200% від вихідного значення в прикладеному магнітному полі до 30 Тл, а інтегрована інтенсивність люмінесценції Er 3+: 4 F 9/2 → 4 I 15/2 може збільшитися приблизно до 540% від початкового значення в прикладеному магнітному полі до 20 Т. З малюнка 2 видно, що викиди від електронічної оболонки 4 fn переходів (4 S 3/2 → 4 I 15/2 і 4 F 9/2 → 4 I 15/2) іонів Er 3+ можна ефективно налаштувати, змінивши прикладене магнітне поле при 77 K.

Вплив зовнішніх імпульсних магнітних полів (до 40 Тл) на властивості переходів іонів MUL 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та 4 F 9/2 → 4 I 15/2 Er 3+ (збуджені) 976 нм лазер) в нанокристалах Er 3+/Yb 3+ NaNb03, осаджених одночасно при 77 K [ a ) спектри випромінювання, b ) інтегрована інтенсивність люмінесценції].

Повнорозмірне зображення

Ефектом "перемішування" є змішування станів за допомогою магнітного поля. Цей ефект існує лише в конденсованій речовині, в якій атомні стани розділені кристалічним полем. Крім того, для вивчення ефекту "змішування" на підрівні Старка переходу Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 і 4 F 9/2 → 4 I 15/2 в магнітному полі, піки смуг випромінювання пристосовані до багаторазового осадження Гауса і проаналізовані. Діапазон випромінювання Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 оснащений трьома піками, як 542 нм, 547 нм та 553 нм, а діапазон випромінювання Er 3+: 4 F 9/2 → 4 I 15/2 sa розміщені на двох піках при 658 нм і 671 нм. Визначимо швидкості інтегральних пікових інтенсивностей при 553 нм та 542 нм переходу 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та піки при 671 нм та 658 нм переходу 4 F 9/2 → 4 I 15/2, це показники R = I (553 нм, пік 3)/I (542 нм, пік 1) та R = I (671 нм, пік 5)/I (658 нм, пік 4), які можуть бути використані для аналіз ефекту "змішування" при переході Старка на підрівні Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 і 4 F 9/2 → 4 I 15/2 в різних магнітних полях, як показано на рис. 3. Ефект "змішування" (взаємодія спін-орбітальних зв'язків) може спричинити зовнішню енергію (АЕ) для кожного невиродженого рівня енергії в застосованих магнітних полях, що може бути описано наступним рівнянням (відповідна похідна наведена в Додаток) 25:

Повнорозмірне зображення

( a, c ) спектри випромінювання 4 S 3/2 → 4 I 15/2 ( a ) і 4 F 9/2 → 4 I 15/2 ( c ) переходи іонів Er3 + в нанокристалах NaNb03 в різні магнітні поля при 77 К. ( б, д ) Залежність зміни енергії від магнітного поля для переходу 4 S 3/2 → 4 I 15/2 центру смуги випромінювання при 611 нм ( b ) і 4 F 9/2 → центр смуги випромінювання 4 I 15/2 при 671 нм ( d ).

Повнорозмірне зображення

де Δσ - зміна енергії хвильового числа (см -1), ΔE1 і ΔE2 - зовнішня енергія до і після переходу в магнітне поле.

Рівняння (2) показує, що енергетичний зазор між підрівнями Штарка збільшується із збільшенням магнітного поля, верхні піддіапазони переміщуються в більш високе положення на діаграмі енергетичного рівня, тоді як нижні піддіапазони переміщаються в нижнє положення, ведучи до розширення діапазону викидів. Для переходів Er 3+: 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та 4 F 9/2 → 4 I 15/2 в нанокристалах NaNbO 3, співвідношення між зміною положення смуги випромінювання та магнітною напруженість поля показана на фіг. 4 (b, d). Вплив зміни енергії на напруженість магнітного поля нелінійний у застосованих магнітних полях, що дещо не відповідає лінійному відношенню згідно з рівнянням (2). Цю нелінійну залежність можна віднести до варіації Ланде

Інтенсивність випромінювання при перетворенні вгору I UP пропорційна n-й силі інтенсивності інфрачервоного збудження I IR, яка становить:

де n - кількість фотонів накачки, необхідних для збудження рідкісноземельних іонів з основного стану в емітуючий стан 27, 28 .

Повнорозмірне зображення

Для отримання додаткової інформації про процеси перетворення люмінесценції іонів Er 3+ в NaNbO 3: Er 3+/Yb 3+ нанокристали, криві розпаду 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та 4 F 9/2 → 4 I 15/2 переходи іонів Er3 + вимірюються при збудженні 976 нм. Як показано на малюнку 6, криві розпаду Er 3+ (A без: 976 нм) цілком можуть вписатися в одну експоненціальну функцію, таку як 29, 30:

Повнорозмірне зображення

де I і I 0 - інтенсивність люмінесценції в момент часу ta 0, A - постійна, t - час, а τ - час життя показника. Термін служби 4 станів S3/2 та 4F 9/2 іонів Er3 + для NaNb03: нанокристалів Er3 +/Yb 3+ становить 40 та 61 мкс.

Пропонуються можливі процеси люмінесценції магнітного налаштування під зовнішнім магнітним полем, як показано на малюнку 7. Випромінювання 4 S 3/2 → 4 I 15/2 та випромінювання 4F 9/2 → 4 I 15/2 Ер 3+ іони в нанокристалах NaNb03: Er 3+/Yb 3+ є двофотонними процесами. Зменшення симетрії ділянки призводить до поділу мультиплета 4S3/2 на два дублети Крамера, які характеризуються проекціями ◽ ± 1/2> і ◽ ± 3/2> загального імпульсу J = 3/2 та 4F Мультиплет 9/2 розділений на п'ять дублетів Крамерса, що характеризуються виступами ◽ ± 1/2>, ◽ ± 3/2>, ◽ ± 5/2>, ◽ ± 7/2> та ◽ ± 9/2> від загальний імпульс J = 9/2 (з яких деякі підрівні Штарка є виродженням кристалічного поля). Якщо використовується зовнішнє магнітне поле, перехід без випромінювання від іонів 4 I 11/2 до 4 I 13/2 Er 3+ покращується, і ефект змішування відбувається під дією магнітного поля, яке може впливати на перехідні енергії. і визначити інтенсивність і ширину спектральних ліній.

Рівні енергії іонів Er 3+ ( a ) і розподіл енергетичних рівнів 4 S 3/2 ( b ) і 4 F 9/2 ( c ) іона Er3 в нанокристалах NaNbO3 3 у кристалічному полі.

Повнорозмірне зображення

висновки

На закінчення зазначено, що магнітооптичні біфункціональні нанокристали NaNbO 3: Er 3+, Yb 3+ були успішно синтезовані золь-гелевим методом Печіні, що складається з люмінесцентного іона Er 3+. Властивості перетворення люмінесценції NaNb03: Er 3+, Yb 3+ ефективно регулюються за допомогою магнітного поля при низькій температурі. Розширення спектрів висхідного перетворення спостерігалося з магнітним полем, що могло бути пов'язано з ефектом "змішування", індукованим магнітним полем, та різницевим g-фактором піддіапазонів. Підвищена люмінесценція вгору спостерігається із збільшенням напруженості магнітного поля, що могло бути головним чином за рахунок не опосередкованого переходу від іонів 4 I 11/2 до 4 I 13/2 Er3 + та покращеного "змішування". поле виникає від зовнішнього магнітного поля. Цей двофункціональний матеріал з контрольованими оптико-магнітними взаємодіями має потенційне застосування у високоточній комунікації, магнітно-резонансній томографії (МРТ), прицілюванні або доставці ліків, наведенні літаків та виявленні оптичного магнітного поля.

методи

Синтез матеріалів

Нанокристали ніобату натрію (NaNbO 3), спільно леговані лантанідом (Ln = Er, Yb) (легуючі речовини 2% Er 3+, 20% Yb 3+ щодо іонів Na + у структурі), були успішно приготовані із застосуванням золь-гелю Печіні метод. Вихідними речовинами були карбонат натрію (Na 2 CO 3, AR), нітрат лантаніду (Ln (NO 3) 3 xx H 2 O, 99, 99%), оксалат ніобію амонію ((NH 4) 3 [NbO (C 2 O 4)]. 3], AR), кислоти лимона (CA, AR) та етиленгліколь (EG, AR). 0,1 моль% CA додавали до 10 мл води при перемішуванні та нагріванні в тиглі до 90 ° C. Після розчинення CA правильну кількість (NH 4) 3 [NbO (C 2 O 4) 3] розчиняли у воді а потім додавали стехіометричні кількості Na 2 CO 3 та Ln (NO3) 3 xx H2O. в прозорий розчин, а потім до розчину додавали ЕГ. Кінцеві суміші ретельно перемішували і нагрівали при 120 ° С протягом 6 годин до отримання прозорих коричневих або жовтих гелів. Нарешті, для отримання нанокристалів NaNbO 3: Er 3+, Yb 3+ попередники гелю прожарювали при 700 ° С протягом 5 годин у муфельній печі в атмосфері.

Методи характеристики

Кристалічну структуру та фазову чистоту підготовлених зразків досліджували за допомогою рентгенівської дифракції (XRD) (Bruker, аналіз D8 ADVANCE з випромінюванням Cu Ka, обробленою при 40 кВ та 40 мА, λ = 0,155418 нм, крок сканування 0,02 °, швидкість сканування 0, 1 с на крок). Морфологію та розподіл зразків спостерігали за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії з високою роздільною здатністю (HRTEM, JEOL 2100 F). Викиди конверсії вгору при кімнатній температурі вимірювали за допомогою спектрофлуорометра з високою роздільною здатністю (FLS920, Edinburgh Instruments, Лівінгстон, Великобританія), оснащеного лазерним діодом 976 нм як джерело збудження. Для переривання короткохвильових вогнів модельованого лазерного джерела використовували фільтр довжини 800 нм (LP) (Andover, Salem, NH). Час перетворення люмінесценції вгору збирали за допомогою спектрометра (Omni-A3007, Zolix, Пекін, Китай) з цифровим осцилографом (TDS 2012B, Tektronix, Beaverton, OR) та імпульсним лазерним діодом як джерелом збудження (LE-LS-976 ). -5000TFCA, LEO Photoelectric, Шеньчжень, Китай).

Спектри MUL в імпульсному магнітному полі вимірювали за допомогою аналогічної волоконно-оптичної системи, описаної раніше 16, 17. Схема експериментів MUL в імпульсних магнітних полях показана на фіг. 8. Імпульсне магнітне поле до 40 Т генерувалось магнітом з котушкою опору, що охолоджується рідким азотом, із тривалістю імпульсу 290 мс і стороною падіння 270 мс, який був прикладений до зразка. Зразок поміщали в центр магнітного поля за допомогою оптичного зонда. Лазерний промінь, опромінений діодним лазерним випромінюванням 976 нм, був введений в зонд через багатомодове волокно і безпосередньо освітлений на зразку. Спектр MUL отримували з тим самим волокном. Сигнал MUL реєструвався EM-CCD (Andor, DU970P) за допомогою монохроматора (Andor, SR500). Всі вимірювання досліджували при кімнатній температурі, за винятком того, що вимірювання спектра MUL в магнітному полі охолоджували до 77 К.

Повнорозмірне зображення

Додаткова інформація

Документи Word

Додаткова інформація

Коментарі

Надсилаючи коментар, ви погоджуєтесь дотримуватись наших Умов надання послуг та Правил спільноти. Якщо ви вважаєте щось образливим або не відповідаєте нашим умовам чи інструкціям, позначте це як невідповідне.