Cr3⁺の間隙電荷移動

Light Publishing Center、長春光学研究所、精密機械物理学、CAS

画像: a、440 nm 励起下での LaMgGa11-xO19:xCr3+ (x=0-2) の PL スペクトル。 b、NIR-ⅠおよびNIR-Ⅱの発光強度対Cr3⁺濃度。 c、890 および 1200 nm でモニタリングした LaMgGa11-xO19:0.7Cr3+ の PLE スペクトル。 励起信号は、孤立した Cr3+ イオンの遷移から生じます。 ｄ、極低温（８０Ｋ）ＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ拡散反射率曲線は、Ｃｒ４＋イオンの吸収が追跡できないことを検証する。 e、Cr2O3、LaMgGa11-xO19:0.2Cr3+、および LaMgGa11-xO19:0.7Cr3+ サンプルの XPS 曲線は、化学シフトがないことを検証します。 f、LaMgGa11-xO19:0.2Cr3+およびLaMgGa11-xO19:0.7Cr3+サンプルのEPR曲線。 (f) では、g が 1.96 の幅広い共鳴信号は Cr3+-Cr3+ ペアに起因しており、Cr3+ イオン間の強い相互作用を示しています。もっと見る

クレジット: Shengqiang Liu、Jingxuan Du、Zhen Song、Chonggeng Ma、Quanlin Liu 著

近赤外 (NIR) スペクトルには、多数の有機官能基の特徴的な振動吸収バンドが含まれています。 NIR 蛍光体変換発光ダイオード (pc-LED) は、非破壊検査や暗視などの分野で関心が高まっています。 2016 年にオスラムは、低出力 (16 mW @ 350 mA) で波長が限定された最初の NIR pc-LED SFH4735 を報告しました。 さらに、第 2 生物学的イメージング ウィンドウ (1000 ～ 1800 nm) 内で動作する発光造影剤は、従来の第 1 ウィンドウ (750 ～ 950 nm) とは対照的に組織吸収係数と散乱係数が低いため、検出深度の向上とイメージング信号の向上が可能になります。 -ノイズ比。 重要なことは、田辺-菅野図で示されているように、結晶場環境を操作することによる Cr3+ の発光が NIR-Ⅰ 領域に位置していることです。 Cr4+ ([Ar]3d2) の存在により、発光を NIR-Ⅱ 領域まで拡張することができますが、室温での発光の熱消光が不十分なため、効率は標準以下です。 対照的に、ランタニドイオンをドープした蛍光体は通常、狭帯域の多重項発光を示すため、スペクトル調整が困難な作業となります。 したがって、イオンドーピングと構造組成を通じて広帯域NIR-Ⅱ発光を実現する方法を検討することが重要になります。

Light Science & Application に掲載された新しい論文の中で、中国北京科学技術大学材料科学工学部の Quanlin Liu 教授率いる研究者チームとその同僚が、史上初の NIR を開発しました。 Ⅱ マゼントプランバイト型 LaMgGa11O19 における Cr3+-Cr3+ → Cr2+,Cr4+ の間隙電荷移動 (IVCT) に基づく広帯域発光。 LaMgGa11O19 は、Cr3+ イオンの多量の組み込みに基づいて、半値全幅 (FWHM) 626 nm および発光外部効率 18.9% の二重発光 (NIR-Ⅰ、890 nm および NIR-Ⅱ、1200 nm) を示します。 彼らはさらに、ターゲットNIR-Ⅱ発光の発光の反熱消光挙動(290 K対@80 Kで432%)を観察しました。

彼らは、低濃度の Cr3+ イオンで NIR-Ⅰ 発光を観察しましたが、Cr3+ イオンの濃度が 0.5 まで増加すると NIR-Ⅱ 発光が現れるようになりました。 Cr3+ イオンのドーピング濃度が高いと、Cr4+ イオンの励起および吸収シグナルを追跡できません。 さらに、Cr4+ イオンとは対照的に、この異常な NIR-Ⅱ 発光に関連する発光減衰寿命が大幅に長い (2.3 ミリ秒) ことも発見しました。 非破壊分析、組織浸透、および長距離暗視における発光コンバータとしての LaMgGa11O19:Cr3+ 蛍光体の潜在的な応用が、NIR pc-LED の製造を通じて実証されています。

光科学と応用

10.1038/s41377-023-01219-x

2023 年 7 月 25 日

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