Cr³⁺의 간격 전하 이동

CAS 창춘광학연구소 정밀기계물리학 광출판센터

이미지: a, 440nm 여기 하에서 LaMgGa₁₁-xO₁₉:xCr³⁺(x=0-2)의 PL 스펙트럼. b, NIR-Ⅰ 및 NIR-Ⅱ의 발광 강도 대 Cr³⁺ 농도; c, 890 및 1200nm에서 모니터링하는 LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.7Cr³⁺의 PLE 스펙트럼. 여기 신호는 분리된 Cr³⁺ 이온의 전이로 인해 발생합니다. d, Cr⁴⁺ 이온의 흡수가 추적될 수 없음을 확인하는 극저온(80K) UV-Vis-NIR 확산 반사 곡선. e, 화학적 이동이 없음을 검증하는 Cr²O₃, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.2Cr³⁺ 및 LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.7Cr³⁺ 샘플의 XPS 곡선. f, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.2Cr³⁺ 및 LaMgGa₁₁-xO₁₉:0.7Cr³⁺ 샘플의 EPR 곡선. (f)에서 g가 1.96인 넓은 공명 신호는 Cr3⁺-Cr3⁺ 쌍에 기인하며 이는 Cr3⁺ 이온 간의 강한 상호 작용을 나타냅니다.더보기

출처: Shengqiang Liu, Jingxuan Du, Zhen Song, Chonggeng Ma, Quanlin Liu 작성

근적외선(NIR) 스펙트럼에는 수많은 유기 작용기의 특징적인 진동 흡수 밴드가 포함되어 있습니다. NIR 형광체 변환 발광 다이오드(pc-LED)는 비파괴 검사 및 야간 투시를 포함한 분야에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 2016년에 Osram은 출력 전력이 낮고(16mW @ 350mA) 파장이 제한된 최초의 NIR PC-LED인 SFH4735를 발표했습니다. 또한, 두 번째 생물학적 이미징 창(1000-1800 nm) 내에서 작동하는 발광 조영제는 기존의 첫 번째 창(750-950 nm)에 비해 더 낮은 조직 흡수 및 산란 계수를 나타내므로 감지 깊이가 향상되고 이미징 신호가 향상됩니다. -잡음 비율. 중요한 것은 결정장 환경 엔지니어링을 통한 Cr3+의 발광은 Tanabe-Sugano 다이어그램에서 볼 수 있듯이 NIR-Ⅰ 영역에 위치한다는 것입니다. Cr4+([Ar]3d2)의 존재는 방출을 NIR-II 영역으로 확장할 수 있지만 실온에서 발광 열 담금질이 좋지 않아 효율성이 수준 이하입니다. 대조적으로, 란탄족 이온으로 도핑된 형광체는 일반적으로 협대역 다중선 방출을 나타내므로 스펙트럼 조정이 어려운 작업이 됩니다. 따라서 이온 도핑과 구조적 구성을 통해 광대역 NIR-II 발광을 달성하는 방법을 조사하는 것이 중요합니다.

Light Science & Application에 발표된 새로운 논문에서 중국 베이징 과학기술대학교 재료과학 및 공학부의 Quanlin Liu 교수와 동료들이 이끄는 연구팀은 최초의 NIR- 마젠토플럼바이트형 LaMgGa11O19에서 Cr3+-Cr3+ → Cr2+,Cr4+의 간격 전하 이동(IVCT)을 기반으로 한 Ⅱ 광대역 발광. Cr3+ 이온이 많이 포함된 LaMgGa11O19는 626nm의 반치폭(FWHM)과 18.9%의 발광 외부 효율로 이중 방출(NIR-Ⅰ, 890 nm 및 NIR-Ⅱ, 1200 nm)을 나타냅니다. 그들은 또한 표적 NIR-II 발광의 발광 항열 담금질 거동(432% @ 290 K 대 @80 K)을 관찰했습니다.

그들은 낮은 농도의 Cr3+ 이온에서 NIR-Ⅰ 발광을 관찰한 반면, Cr3+ 이온 농도가 0.5로 증가함에 따라 NIR-Ⅱ 발광이 나타나는 것을 관찰했습니다. Cr3+ 이온의 도핑 농도가 높으면 Cr4+ 이온의 여기 및 흡수 신호를 추적할 수 없습니다. 또한 Cr4+ 이온과 달리 이 변칙적인 NIR-II 발광과 관련하여 발광 붕괴 수명(2.3ms)이 훨씬 더 길다는 것을 발견했습니다. 비파괴 분석, 조직 침투 및 장거리 야간 투시에서 발광 변환기로서 LaMgGa11O19:Cr3+ 형광체의 잠재적인 적용은 NIR pc-LED 제작을 통해 입증됩니다.

빛 과학 및 응용

10.1038/s41377-023-01219-x

2023년 7월 25일

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