1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 7, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 7, стр. 801-808

ИК-фотолюминесценция полифосфата RbBa2(PO3)5, содержащего примесные центры Bi+

А. Н. Романов 1, *, А. А. Капустин 1, Е. В. Хаула 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 22.02.2023
После доработки 02.05.2023
Принята к публикации 11.05.2023

Аннотация

Кристаллизацией из расплава получены образцы полифосфата рубидия-бария RbBa2(PO3)5, содержащего примесные монокатионы висмута. Использовался расплав стехиометрического состава, а также расплавы с избытком рубидия или бария. Образцы демонстрируют широкополосную фотолюминесценцию в ближнем ИК-диапазоне. На основании анализа фотолюминесценции образцов сделан вывод о наличии в них двух типов излучающих центров, преимущественное образование которых зависит от состава расплава. Показано, что один из люминесцентных центров представляет собой монокатион висмута, замещающий катион бария, причем он в основном образуется из расплавов, обедненных барием. Второй люминесцентный центр, представляющий собой монокатион Bi+ в положении рубидия, образуется преимущественно при кристаллизации расплавов, обедненных рубидием.

Ключевые слова: фотолюминесценция, кристаллы полифосфатов, монокатион висмута

Список литературы

  1. Fujimoto Y., Nakatsuka M. Infrared Luminescence from Bismuth-Doped Silica Glass // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. № 3B. P. L279–L281. https://doi.org/10.1143/JJAP.40.L279

  2. Fujimoto Y., Nakatsuka M. Optical Amplification in Bismuth-Doped Silica Glass // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. P. 3325–3326. https://doi.org/10.1063/1.1575492

  3. Veber A., Cicconi M.R., Puri A., de Ligny D. Optical Properties and Bismuth Redox in Bi-Doped High-Silica Al–Si Glasses // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 34. P. 19777–19792. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b05614

  4. Meng X., Qiu J., Peng M., Chen D., Zhao Q., Jiang X., Zhu C. Infrared Broadband Emission of Bismuth-Doped Barium-Aluminum-Borate Glasses // Opt. Express. 2005. V. 13. № 5. P. 1635–1642. https://doi.org/10.1364/OPEX.13.001635

  5. Romanov A.N., Fattakhova Z.T., Zhigunov D.M., Korchak V.N., Sulimov V.B. On the Origin of Near-IR Luminescence in Bi-Doped Materials (I). Generation of Low-Valence Bismuth Species by Bi3+ and Bi0 Synproportionation // Opt. Mater. 2011. V. 33. № 4. P. 631–634. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2010.11.019

  6. Meng X., Qiu J., Peng M., Chen D., Zhao Q., Jiang X., Zhu C. Near Infrared Broadband Emission of Bismuth-Doped Aluminophosphate Glass // Opt. Express. 2005. V. 13. № 5. P. 1628–1634. https://doi.org/10.1364/OPEX.13.001628

  7. Романов А.Н., Хаула Е.В., Корчак В.Н. Образование и оптические свойства ИК фотолюминесцентных центров в алюмофосфатном стекле, содержащем висмут // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 10. С. 910–916. https://doi.org/10.1070/QEL17250

  8. Peng M., Qiu J., Chen D., Meng X., Yang I., Jiang X., Zhu C. Bismuth- and Aluminum-Codoped Germanium Oxide Glasses for Super-Broadband Optical Amplification // Opt. Lett. 2004. V. 29. № 17. P. 1998–2000. https://doi.org/10.1364/OL.29.001998

  9. Ren J., Qiu J., Wu B., Chen D. Ultrabroad Infrared Luminescences from Bi-Doped Alkaline Earth Metal Germanate Glasses // J. Mater. Res. 2007. V. 22. № 6. P. 1574–1578. https://doi.org/10.1557/JMR.2007.0200

  10. Hughes M., Suzuki T., Ohishi Y. Advanced Bismuth-Doped Lead-Germanate Glass for Broadband Optical Gain Devices // J. Opt. Soc. Am. B. 2008. V. 25. № 8. P. 1380–1386. https://doi.org/10.1364/JOSAB.25.001380

  11. Winterstein A., Manning S., Ebendorff-Heidepriem H., Wondraczek L. Luminescence from Bismuth-Germanate Glasses and Its Manipulation through Oxidants // Opt. Mater. Express. 2012. V. 2. № 10. P. 1320–1328. https://doi.org/10.1364/OME.2.001320

  12. Dong G.P., Xiao X.D., Ren J.J., Ruan J., Liu X.F., Qiu J.R., Lin C.G., Tao H.Z., Zhao X.J. Chin. Broadband Infrared Luminescence from Bismuth-Doped GeS2-Ga2S3 Chalcogenide Glasses // Chin. Phys. Lett. 2008. V. 25. № 5. P. 1891–1894. https://doi.org/10.1088/0256-307X/25/5/101

  13. Hughes M.A., Akada T., Suzuki T., Ohishi Y., Hewak D.W. Ultrabroad Emission from a Bismuth Doped Chalcogenide Glass // Opt. Express. 2009. V. 17. № 22. P. 19345–19355. https://doi.org/10.1364/OE.17.019345

  14. Romanov A.N., Haula E.V., Fattakhova Z.T., Veber A.A., Tsvetkov V.B., Zhigunov D.M., Korchak V.N., Sulimov V.B. Near-IR Luminescence from Subvalent Bismuth Species in Fluoride Glass // Opt. Mater. 2011. V. 34. № 1. P. 155–158. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2011.08.012

  15. Romanov A.N., Fattakhova Z.T., Veber A.A., Usovich O.V., Haula E.V., Korchak V.N., Tsvetkov V.B., Trusov L.A., Kazin P.E., Sulimov V.B. On the Origin of Near-IR Luminescence in Bi-Doped Materials (II). Subvalent Monocation Bi+ and Cluster Bi53+ Luminescence in AlCl3/ZnCl2/BiCl3 Chloride Glass // Opt. Express. 2012. V. 203. № 7. P. 7212–7220. https://doi.org/10.1364/OE.20.007212

  16. Zlenko A.S., Mashinsky V.M., Iskhakova L.D., Semjonov S.L., Koltashev V.V., Karatun N.M., Dianov E.M. Mechanisms of Optical Losses in Bi:SiO2 Glass Fibers // Opt. Express. 2012. V. 20. № 21. P. 23186–23200. https://doi.org/10.1364/OE.20.023186

  17. Milovich F.O., Iskhakova L.D., Presniakov M.Yu., Vasiliev A.L., Bondarenko V.I., Sverchkov S.E., Galagan B.I. The Identification of Bi Atoms and Clusters in Mg–Al Silicate Glasses // J. Non-Cryst. Solids. 2019. V. 510. P. 166–171. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.12.028

  18. Romanov A.N., Serykh A.I., Haula E.V., Shashkin D.P., Kogan V.M., Rozhdestvenskaya N.N., Krylov I.B., Korchak V.N. NIR Photoluminescence of ZSM-5 and Mordenite Zeolites, Containing Low-Valence Bismuth Exchange Cations // Micropor. Mesopor. Mater. 2022. V. 336. P. 111875. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2022.111875

  19. Romanov A.N., Grigoriev F.V., Sulimov V.B. Estimation of Bi+ Monocation Crystal Ionic Radius by Quantum Chemical Simulation // Comp. Theor. Chem. 2013. V. 1017. P. 159–161. https://doi.org/10.1016/j.comptc.2013.05.020

  20. Okhrimchuk A.G., Butvina L.N., Dianov E.M., Lichkova N.V., Zagorodnev V.N., Boldyrev K.N. Near-Infrared Luminescence of RbPb2Cl5:Bi Crystals // Opt. Lett. 2008. V. 33. P. 2182–2184. https://doi.org/10.1364/OL.33.002182

  21. Su L., Zhao H., Li H., Zheng L., Fan X., Jiang X., Tang H., Ren G., Xu J., Ryba-Romanowski W., Lisiecki R., Solarz P. Near-Infrared Photoluminescence Spectra in Bi-Doped CsI Crystal: Evidence for Bi-Valence Conversions and Bi Ion Aggregation // Opt. Mater. Express. 2012. V. 2. P. 757–764. https://doi.org/10.1364/OME.2.000757

  22. Romanov A.N., Veber A.A., Fattakhova Z.T., Usovich O.V., Haula E.V., Trusov L.A., Kazin P.E., Korchak V.N., Tsvetkov V.B., Sulimov V.B. Subvalent Bismuth Monocation Bi+ Photoluminescence in Ternary Halide Crystals KAlCl4 and KMgCl3 // J. Lumin. 2013. V. 134. P. 180–183. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2012.08.051

  23. Veber A.A., Romanov A.N., Usovich O.V., Fattakhova Z.T., Haula E.V., Korchak V.N., Trusov L.A., Kazin P.E., Sulimov V.B., Tsvetkov V.B. Optical Properties of the Bi+ Center in KAlCl4 // J. Lumin. 2014. V. 151. P. 247–255. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.02.024

  24. Romanov A.N., Veber A.A., Fattakhova Z.T., Vtyurina D.N., Kouznetsov M.S., Zaramenskikh K.S., Lisitsky I.S., Korchak V.N., Tsvetkov V.B., Sulimov V.B. Spectral Properties and NIR Photoluminescence of Bi+ Impurity in CsCdCl3 Ternary Chloride // J. Lumin. 2014. V. 149. P. 292–296. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.01.049

  25. Втюрина Д.Н., Романов А.Н., Вебер А.А., Фаттахова З.Т., Антонов А.А., Цветков В.Б., Корчак В.Н. Спектральные характеристики и ИК-фотолюминесценция примесного центра Bi+ в составе тройных хлоридов RbAlCl4, CsAlCl4, RbMgCl3, CsMgCl3, KCdCl3 и RbCdCl3 // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 5. С. 16–22.

  26. Romanov A.N., Veber A.A., Vtyurina D.N., Kouznetsov M.S., Zaramenskikh K.S., Lisitsky I.S., Fattakhova Z.T., Haula E.V., Loiko P.A., Yumashev K.V., Korchak V.N. NIR Photoluminescence of Bismuth-Doped CsCdBr3 – The First Ternary Bromide Phase with a Univalent Bismuth Impurity Center // J. Lumin. 2015. V. 167. P. 371–375. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.07.020

  27. Романов А.Н., Втюрина Д.Н., Хаула Е.В., Шашкин Д.П., Пимкин Н.А., Кузнецов М.С., Лисицкий И.С., Корчак В.Н. ИК-фотолюминесценция примесных центров Bi+ в составе тройного хлорида RbY2Cl7 // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 9. С. 14–19.

  28. Romanov A.N., Haula E.V., Shashkin D.P., Korchak V.N. Broadband Near-IR Photoluminescence of Bismuth-Doped Cyclotriphosphate RbMgP3O9 Phase // J. Alloys Compd. 2021. V. 864. P. 158907. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158907

  29. Романов А.Н., Хаула Е.В., Костюков А.А., Егоров А.Е., Кузьмин В.А., Корчак В.Н. ИК-фотолюминесценция примесного монокатиона висмута в смешанных циклотрифосфатах щелочных и щелочноземельных металлов // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 12. С. 1331–1341.

  30. Durif A. Crystal Chemistry of Condensed Phosphates. N. Y.: Springer Science + Business Media, 1995.

  31. Zhao S., Gong P., Luo S., Bai L., Lin Z., Ji C., Chen T., Hong M., Luo J. Deep-Ultraviolet Transparent Phosphates RbBa2(PO3)5 and Rb2Ba3(P2O7)2 Show Nonlinear Optical Activity from Condensation of [PO4]3– Units // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136. № 24. P. 8560–8563. https://doi.org/10.1021/ja504319x

  32. Romanov A.N., Haula E.V., Kouznetsov M.S., Lisitsky I.S., Pimkin N.A., Boldyrev K.N., Sereda A.E., Shashkin D.P., Korchak V.N. Preparation of Optical Media with NIR Luminescent Bi+ Impurity Centers by Ion Exchange // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. P. 2745–2751. https://doi.org/10.1111/jace.16170

  33. Lakowicz J.P. Principles of Fluorescence Spectroscopy. N. Y.: Kluwer, 2-nd edition, 1999. P. 619.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал