1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 11, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 11, стр. 1303-1308

Влияние солегирующих ионов на ИК-фотолюминесценцию примесных центров Cu2+ в корунде (α-Al2O3)

А. Н. Романов 1, *, Е. В. Хаула 1, А. А. Капустин 1, А. М. Кули-заде 2, В. Н. Корчак 1

1 Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
119991 Москва, ул. Косыгина, 4, Россия

2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

* E-mail: alexey.romanov@list.ru

Поступила в редакцию 16.06.2023
После доработки 12.09.2023
Принята к публикации 12.09.2023

Аннотация

Изучена широкополосная (1000–1600 нм) ИК-фотолюминесценция поликристаллических образцов корунда (α-Al2O3), содержащих примесные ионы меди, а также дополнительные солегирующие ионы элементов в степени окисления 4+: Si4+, Ge4+, Ti4+, Zr4+, Hf 4+, Sn4+. Показано, что интенсивность ИК-фотолюминесценции корунда при легировании только медью весьма незначительна и резко усиливается при дополнительном легировании некоторыми четырехзарядными катионами. Наибольшее усиление ИК-фотолюминесценции примесных ионов Cu2+ получено при солегировании катионами Ti4+, Ge4+ и Sn4+. По-видимому, эти ионы обеспечивают зарядовую компенсацию при совместном с ионом Cu2+ вхождении в кристаллическую решетку корунда и процесс замещения выглядит так: 2Al3+ → Cu2+ + M4+; M4+ = Ti4+, Ge4+, Sn4+… . Подобным образом вводимые дополнительно в решетку корунда солегирующие четырехзарядные ионы повышают растворимость Cu2+ в α-Al2O3, что ведет к усилению фотолюминесценции соответствующего материала.

Ключевые слова: фотолюминесценция, корунд, двухвалентная медь, примесный центр

Список литературы

  1. Moncorge R. Laser Materials Based on Transition Metal Ions // Opt. Mater. 2017. V. 63. P. 105–117. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.05.060

  2. Romanov A.N., Haula E.V., Shashkin D.P., Korchak V.N. Broadband Near-IR Photoluminescence of Trigonal-Bipyramidal Coordinated Cu2+ Impurity Center in YGaO3, YInO3 and GdInO3 Hexagonal Phases // J. Lumin. 2020. V. 228(2A). P. 117652. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117652

  3. Meijer G. Infrared Fluorescence of Copper-Activated Zinc Sulphide Phosphors // J. Phys. Chem. Solids. 1958. V. 7. № 2–3. P. 153–158.

  4. Broser I., Maier H., Schulz H.-J. Fine Structure of the Infrared Absorption and Emission Spectra of Cu2+ in ZnS and CdS Crystals // Phys. Rev. A. 1965. V. 140. № 6. P. A2135–A2138.

  5. Broser I., Hoffmann A., Heitz R. Thurian P. Zeeman and Piezospectroscopy of the Cu2+ Center in CdS // J. Lumin. 1991. V. 48–49. P. 693–697.

  6. Kimpel B.M., Schulz H.-J. Infrared Luminescence of ZnO:Cu2+ (d9) // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. № 12–15. P. 9938–9940.

  7. Гапанович М.В., Один И.Н., Чукичев М.В., Новиков Г.Ф. Катодолюминесценция твердых растворов Cu2–xZn1 + 0.5xSnS4, Cu2 –xZnSnS4 (0 < x ≤ 0.30) со структурой кестерита // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 9. С. 943–947. https://doi.org/10.31857/S0002337X20090067

  8. Один И.Н., Гапанович М.В., Урханов О.Ю., Чукичев М.В., Новиков Г.Ф. Кристаллографические и люминесцентные характеристики четверного соединения Cu2MgSnSe4 и медьдефицитных твердых растворов Cu2 –xMgSnSe4 (0 < x < 0.15) // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 1. С. 3–9. https://doi.org/10.31857/S0002337X21010115

  9. Гапанович М.В., Один И.Н., Чукичев М.В., Новиков Г.Ф. Структурные данные и люминесцентные свойства медьдефицитных халькопиритных твердых растворов Cu1 –xAl0.25In0.75Se2 (0 < x < 0.2) // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 2. С. 130–136. https://doi.org/10.31857/S0002337X21010061

  10. Гапанович М.В., Один И.Н., Чукичев М.В., Шилов Г.В., Корчагин Д.В. Структурные данные и люминесцентные свойства медьдефицитных твердых растворов Cu2 –xMnSnS4 (0 < x < 0.10) на основе четверного соединения Cu2MnSnS4 // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 10. С. 1045–1049. https://doi.org/10.31857/S0002337X21100031

  11. Pozza G., Ajo D., Chiari G. et al. Photoluminescence of the Inorganic Pigments Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple // J. Cult. Herit. 2000. V. 1. № 4. P. 393–398.

  12. Accorsi G., Verri G., Bolognesi M. et al. The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite (Egyptian Blue) // Chem. Commun. 2009. V. 23. P. 3392–3394.

  13. Li Y.-J., Ye S., Wang C.-H. et al. Temperature-Dependent Near-Infrared Emission of Highly Concentrated Cu2+ in CaCuSi4O10 Phosphor // J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. № 48. P. 10395–10402.

  14. Dubicki L., Krausz E., Riley M. The First d-d Fluorescence of a Six-Coordinate Copper(II) Ion // J. Am. Chem. Soc. 1989. V. 111. № 9. P. 3452–3454.

  15. Dubicki L., Krausz E., Riley M. Structured d-d Fluorescence from CuF$_{6}^{{4 - }}$ Doped in Cubic and Tetragonal Perovskites // Chem. Phys. Lett. 1989. V. 157. № 4. P. 315–320.

  16. Dubicki L., Riley M., Krausz E. Electronic Structure of the Copper (II) Ion Doped in Cubic KZnF3 // J. Chem. Phys. 1994. V. 101. № 3. P. 1930–1938.

  17. Lever A.B.P. Inorganic Electronic Spectroscopy. 2-nd Edition. Amsterdam: Elsevier, 1984.

  18. Blumberg W.E., Eisinger J., Geschwind S. Cu3+ Ion in Corundum // Phys. Rev. 1963. V. 130. № 3. P. 900–909.

  19. Shannon R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. P. 751–767.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал