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Er3+在KPb2Br5晶体中的选择替位对上转换发光光谱的影响

凌志 李岚 张晓松 周永亮 魏凤巍 冯志军 孙健 李德军

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Er3+在KPb2Br5晶体中的选择替位对上转换发光光谱的影响

凌志, 李岚, 张晓松, 周永亮, 魏凤巍, 冯志军, 孙健, 李德军

Influence of site-selective doping of Er3+ on the upconversion spectra in KPb2Br5

Ling Zhi, Li Lan, Zhang Xiao-Song, Zhou Yong-Liang, Wei Feng-Wei, Feng Zhi-Jun, Sun Jian, Li De-Jun
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  • 通过高温固相法制备了不同Er3+掺杂浓度的KPb2Br5多晶粉末样品. 由980 nm半导体激光器激发下得到的上转换发射光谱显示, 当掺杂浓度为2.5 mol%时, 样品主要表现为530 nm 和550 nm上转换发射, 分别对应激发态2H11/2和4S3/2向基态4I15/2的跃迁; 掺杂浓度增加到5 mol%时样品以490 nm上转换发射为主, 对应由激发态4F7/2向4I15/2的跃迁; 当掺杂浓度达到7.5 mol%时, 样品的上转换发射强度相比低浓度时大幅度下降, 主要以激发态4F9/2 向基态4I15/2跃迁的690 nm处发光为主. 利用第一性原理结合Judd-Ofelt理论讨论认为, Er3+ 离子优先替代Pb (1) 的位置, 随着浓度的提高, 部分Er3+ 离子会替代Pb (2) 格位上的离子, 不同晶格位置的Er3+ 离子所处的晶体场的对称性有所不同, 从而影响了发光中心不同能级的跃迁概率, 体现在上转换发光光谱的差异上. 蓝、绿区域的上转换发光在高浓度掺杂下显示了明显的浓度猝灭, 此时样品以红色上转换发光为主.
    Different concentrations of Er3+ doped in KPb2Br5 powders are prepared by solid-state reaction method. The upconversion spectra under the excitation of 980 nm laser are characterized and show the concentration-related change in emission band. With the doping concentration of 2.5 mol%, the sample exhibits mainly two green emission peaks at 530 nm and 550 nm, which correspond to the transitions of 2H11/2 and 4S3/2 levels to ground state 4I15/2 respectively. When the doping concentration of Er3+ is increased to 5 mol%, the upconversion emission is dominated by 490 nm, related to the transition of 4F7/2 to 4I15/2. Increasing the doping concentration up to 7.5 mol%, the emission quenching is observed throughout and the emission band appears mainly at 690 nm which comes from the transition of 4F9/2 to 4I15/2. The influence of possible substitution of Er3+ on lattice constant and upconversion emission properties of KPb2Br5 are discussed based on the first-principles calculation and Judd-Ofelt theory. The results show that the substitution of Er3+ in KPb2Br5 is dominated for Pb(1) in low concentration. When increasing the Er3+ doping concentration, it may substitute for Pb(2) Pb(1) and Pb(2) sites. The impact of the symmetry of the crystal field on the site-selective doping of Er3+ is proposed to explain the variation of upconversion luminescence spectrum.
    • 基金项目: 天津市自然科学基金(批准号: 09JCYBJC01400)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Tianjin Natural Science Foundation, China (Grant No. 09JCYBJC01400).
    [1]

    Amancio C T, Assumpcao T A, Kassab L R 2010 25th Symposium on Microelectronics Technology and Devices Sao Paulo, Brazil, September 6–9, 2010 p237

    [2]

    Moglia F, Reichert F, Huber G 2012 Advances in Optical Materials (AIOM) San Diego, CA, February 1, 2012 pIW5D.6

    [3]

    Chatterjee D K, Gnanasammandhan M K, Zhang Y 2010 Small 6 2781

    [4]

    Patra A, Friend C S, Kapoor R, Paras N P 2003 Appl. Phys. Lett. 83 284

    [5]

    Liu M Y, Sun W J 2011 Acta Phys. Sin. 60 077804 (in Chinese) [刘名扬, 孙维瑾 2011 物理学报 60 077804]

    [6]

    Huang Y H, Jiang D L, Zhang J X, Lin Q L 2010 Acta Phys. Sin. 59 300 (in Chinese) [黄毅华, 江东亮, 张景贤, 林庆玲 2010 物理学报 59 300]

    [7]

    Hömmerich U, Nyein E E, Trivedi S B 2005 Journal of Luminescence 113 1

    [8]

    Merkulov A A, Isaenko L I, Pashkov V M, Mazur V G, Virovets A V, Yu D 2005 J. Struct. Chem. 46 103

    [9]

    Rademaker K, Heumann E, Huber G, Payne S A, Krupke W F, Isaenko L I, Burger A 2005 Opt. Lett. 30 729

    [10]

    Yu B F, Li M Y, Liu J, Guo D Y, Pei L, Zhao X Z 2008 J. Phys. D Appl. Phys. 41 065003

    [11]

    Jiang C G, Fang L, Shen M R, Zheng F G, Wu X L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 071110

    [12]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 11 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 11]

    [13]

    Wang X W, Liu W, Yang Y, Zhang L, Yun J N, Zhang Z Y 2011 Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO) Wuhan, China, May 16–18, 2011 p1

    [14]

    Guo K, Man Z Y, Cao Q G, Chen H H, Guo X X, Zhao J T 2011 Chem. Phys. 380 54

    [15]

    Judd B R, 1962 Phys. Rev. 127 750

    [16]

    Ofelt G S, 1962 J. Chem. Phys. 37 511

    [17]

    Huang P, Chen D Q, Yu Y L, Wang Y S 2010 J. Alloys Compd 490 74

    [18]

    Cascales C, Fernandez J, Balda R 2005 Opt. Express 13 2141

    [19]

    LIN L S, XUE Y L, JIANG Q C 2008 Journal of East China Normal University (Natural Sc) 3 109 [林良书, 薛燕陵, 蒋器成 2008 华东师范大学学报 (自然科学版) 3 109]

    [20]

    Beck H P, Clicque G, Nau H 1986 Z. Anorg. Allg. Chem. 536 35

    [21]

    Balda R, Garcia-Adeva A J, Voda M, Fernandez J 2004 Phys. Rev. B 69 205203

  • [1]

    Amancio C T, Assumpcao T A, Kassab L R 2010 25th Symposium on Microelectronics Technology and Devices Sao Paulo, Brazil, September 6–9, 2010 p237

    [2]

    Moglia F, Reichert F, Huber G 2012 Advances in Optical Materials (AIOM) San Diego, CA, February 1, 2012 pIW5D.6

    [3]

    Chatterjee D K, Gnanasammandhan M K, Zhang Y 2010 Small 6 2781

    [4]

    Patra A, Friend C S, Kapoor R, Paras N P 2003 Appl. Phys. Lett. 83 284

    [5]

    Liu M Y, Sun W J 2011 Acta Phys. Sin. 60 077804 (in Chinese) [刘名扬, 孙维瑾 2011 物理学报 60 077804]

    [6]

    Huang Y H, Jiang D L, Zhang J X, Lin Q L 2010 Acta Phys. Sin. 59 300 (in Chinese) [黄毅华, 江东亮, 张景贤, 林庆玲 2010 物理学报 59 300]

    [7]

    Hömmerich U, Nyein E E, Trivedi S B 2005 Journal of Luminescence 113 1

    [8]

    Merkulov A A, Isaenko L I, Pashkov V M, Mazur V G, Virovets A V, Yu D 2005 J. Struct. Chem. 46 103

    [9]

    Rademaker K, Heumann E, Huber G, Payne S A, Krupke W F, Isaenko L I, Burger A 2005 Opt. Lett. 30 729

    [10]

    Yu B F, Li M Y, Liu J, Guo D Y, Pei L, Zhao X Z 2008 J. Phys. D Appl. Phys. 41 065003

    [11]

    Jiang C G, Fang L, Shen M R, Zheng F G, Wu X L 2009 Appl. Phys. Lett. 94 071110

    [12]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 11 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 11]

    [13]

    Wang X W, Liu W, Yang Y, Zhang L, Yun J N, Zhang Z Y 2011 Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO) Wuhan, China, May 16–18, 2011 p1

    [14]

    Guo K, Man Z Y, Cao Q G, Chen H H, Guo X X, Zhao J T 2011 Chem. Phys. 380 54

    [15]

    Judd B R, 1962 Phys. Rev. 127 750

    [16]

    Ofelt G S, 1962 J. Chem. Phys. 37 511

    [17]

    Huang P, Chen D Q, Yu Y L, Wang Y S 2010 J. Alloys Compd 490 74

    [18]

    Cascales C, Fernandez J, Balda R 2005 Opt. Express 13 2141

    [19]

    LIN L S, XUE Y L, JIANG Q C 2008 Journal of East China Normal University (Natural Sc) 3 109 [林良书, 薛燕陵, 蒋器成 2008 华东师范大学学报 (自然科学版) 3 109]

    [20]

    Beck H P, Clicque G, Nau H 1986 Z. Anorg. Allg. Chem. 536 35

    [21]

    Balda R, Garcia-Adeva A J, Voda M, Fernandez J 2004 Phys. Rev. B 69 205203

  • [1] 龚凌云, 张萍, 陈倩, 楼志豪, 许杰, 高峰. Nb5+掺杂钛酸锶结构与性能的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(22): 227101. doi: 10.7498/aps.70.20211241
    [2] 付现凯, 陈万骐, 姜钟生, 杨波, 赵骧, 左良. Ti3O5弹性、电子和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207301. doi: 10.7498/aps.68.20190664
    [3] 石瑜, 白洋, 莫丽玢, 向青云, 黄亚丽, 曹江利. H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(11): 116301. doi: 10.7498/aps.64.116301
    [4] 路战胜, 李燕, 程莹洁, 李硕, 张喜林, 徐国亮, 杨宗献. 第一性原理研究O2在TiN4掺杂石墨烯上的氢化. 物理学报, 2015, 64(21): 216101. doi: 10.7498/aps.64.216101
    [5] 孟凡顺, 李久会, 赵星. 第一性原理研究Zn偏析对CuΣ5晶界的影响. 物理学报, 2014, 63(23): 237102. doi: 10.7498/aps.63.237102
    [6] 孟凡顺, 赵星, 李久会. B掺入Cu∑5晶界间隙位性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(11): 117102. doi: 10.7498/aps.62.117102
    [7] 张季, 王迪, 张德明, 张庆礼, 万松明, 孙敦陆, 殷绍唐. BaBPO5晶体晶格振动光谱研究与第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(3): 037802. doi: 10.7498/aps.62.037802
    [8] 宋庆功, 刘立伟, 赵辉, 严慧羽, 杜全国. YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107102. doi: 10.7498/aps.61.107102
    [9] 汝强, 李燕玲, 胡社军, 彭薇, 张志文. Sn3InSb4合金嵌Li性能的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(3): 038210. doi: 10.7498/aps.61.038210
    [10] 高杨, 吕强, 汪洋, 刘占波. 掺杂浓度和烧结温度对CaWO4:Eu3+发光性能的影响. 物理学报, 2012, 61(7): 077802. doi: 10.7498/aps.61.077802
    [11] 张易军, 闫金良, 赵刚, 谢万峰. Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037103. doi: 10.7498/aps.60.037103
    [12] 李世娜, 刘永. Cu3N弹性和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6882-6888. doi: 10.7498/aps.59.6882
    [13] 祝国梁, 疏达, 戴永兵, 王俊, 孙宝德. Si在TiAl3中取代行为的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 210-S215. doi: 10.7498/aps.58.210
    [14] 杨敏, 王六定, 陈国栋, 安博, 王益军, 刘光清. 碳掺杂闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7151-7155. doi: 10.7498/aps.58.7151
    [15] 黄同德, 姜本学, 吴玉松, 李江, 石云, 刘文斌, 潘裕柏, 黄利萍, 郭景坤. Yb3+,Er3+:YAG透明陶瓷的制备和1.5 μm波段光谱性能研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1298-1304. doi: 10.7498/aps.58.1298
    [16] 倪建刚, 刘 诺, 杨果来, 张 曦. 第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构. 物理学报, 2008, 57(7): 4434-4440. doi: 10.7498/aps.57.4434
    [17] 林良书, 薛燕陵, 蒋器成, 张晓敏, 吴 鹏, 刘月明. Er3+在二氧化硅介孔分子筛中的高效率发光及其分析. 物理学报, 2008, 57(9): 5989-5995. doi: 10.7498/aps.57.5989
    [18] 牛 艺, 王增梅, 刘英才, 尹衍升, 袁多荣. Tm3+掺杂硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)晶体的结构与光学性能研究. 物理学报, 2007, 56(5): 2968-2973. doi: 10.7498/aps.56.2968
    [19] 叶云霞, 余柯涵, 钱列加, 范滇元, 彭 波. Nd3+螯合物的含氢有机溶液光谱性能研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6424-6429. doi: 10.7498/aps.55.6424
    [20] 俞 莹, 吕树臣, 周百斌, 辛显双. 纳米晶ZrO2:Er3+-Yb3+的制备及其室温上转换发射. 物理学报, 2006, 55(8): 4332-4336. doi: 10.7498/aps.55.4332
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-07
  • 修回日期:  2013-07-16
  • 刊出日期:  2013-11-05

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