Trasferimento di carica ad intervallo di Cr³⁺

Centro editoriale leggero, Istituto di ottica di Changchun, meccanica e fisica fine, CAS

immagine: a, spettri PL di LaMgGa₁₁-xO₁₉:xCr³⁺ (x=0-2) sotto eccitazione a 440 nm. b, Intensità di luminescenza di NIR-Ⅰ e NIR-Ⅱ rispetto alla concentrazione di Cr³⁺; c, spettri PLE del monitoraggio LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ a 890 e 1200 nm. I segnali di eccitazione risultano dalle transizioni dello ione Cr³⁺ isolato. d, curva di riflettanza diffusa criogenica (80 K) UV-Vis-NIR che convalida l'assenza di assorbimento dello ione Cr⁴⁺. e, curve XPS di campioni Cr₂O₃, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ e LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ che convalidano l'assenza di Chemical Shift. f, curve EPR dei campioni LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ e LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺. In (f), il segnale di risonanza ampia con g di 1,96 è attribuito alla coppia Cr³⁺-Cr³⁺, indicando una forte interazione tra gli ioni Cr³⁺.vedere di più

Crediti: di Shengqiang Liu, Jingxuan Du, Zhen Song, Chonggeng Ma, Quanlin Liu

Lo spettro del vicino infrarosso (NIR) contiene bande di assorbimento vibrazionale caratteristiche di numerosi gruppi funzionali organici. I diodi emettitori di luce convertiti al fosforo NIR (PC-LED) hanno suscitato crescente interesse in campi quali i test non distruttivi e la visione notturna. Nel 2016, Osram ha presentato il primo PC-LED NIR, SFH4735, con bassa potenza di uscita (16 mW a 350 mA) e lunghezze d'onda limitate. Inoltre, gli agenti di contrasto luminescenti che operano all'interno della seconda finestra di imaging biologico (1000-1800 nm) mostrano coefficienti di assorbimento e diffusione dei tessuti inferiori rispetto alla prima finestra tradizionale (750-950 nm), consentendo così una maggiore profondità di rilevamento e un migliore segnale di imaging. -rapporto di rumore. Significativamente, la luminescenza del Cr3+ attraverso l'ingegneria dell'ambiente del campo cristallino si trova nella regione NIR-Ⅰ, come illustrato dal diagramma Tanabe-Sugano. La presenza di Cr4+ ([Ar]3d2) è in grado di estendere l'emissione alla regione NIR-Ⅱ, ma l'efficienza è inferiore a causa della scarsa attenuazione termica della luminescenza a temperatura ambiente. Al contrario, i fosfori drogati con ioni lantanidi tipicamente mostrano emissione di multipletti a banda stretta, rendendo la regolazione spettrale un compito impegnativo. Pertanto, diventa cruciale studiare metodi per ottenere una luminescenza NIR-Ⅱ a banda larga attraverso il drogaggio ionico e la composizione strutturale.

In un nuovo articolo pubblicato su Light Science & Application, un team di ricercatori, guidato dal professor Quanlin Liu della Scuola di Scienze e Ingegneria dei Materiali, Università di Scienza e Tecnologia di Pechino, Cina, e colleghi hanno sviluppato il primo NIR- Ⅱ luminescenza a banda larga basata sul trasferimento di carica a intervalli (IVCT) di Cr3+-Cr3+ → Cr2+, Cr4+ in LaMgGa11O19 di tipo magentoplumbite. Basato su una massiccia incorporazione di ioni Cr3+, LaMgGa11O19 presenta una doppia emissione (NIR-Ⅰ, 890 nm e NIR-Ⅱ, 1200 nm) con un'ampiezza completa a metà massimo (FWHM) di 626 nm ed efficienza esterna della luminescenza del 18,9%. Hanno inoltre osservato il comportamento di spegnimento antitermico della luminescenza (432% a 290 K contro @80 K) della luminescenza NIR-Ⅱ target.

Hanno osservato la luminescenza NIR-Ⅰ a bassa concentrazione di ioni Cr3+, mentre la luminescenza NIR-Ⅱ appare quando la concentrazione di ioni Cr3+ aumenta a 0,5. Con un'elevata concentrazione di drogaggio di ioni Cr3+ non è possibile tracciare i segnali di eccitazione e assorbimento degli ioni Cr4+. Inoltre, a differenza degli ioni Cr4+, ​​hanno scoperto una durata di decadimento della luminescenza significativamente più lunga (2,3 ms) associata a questa luminescenza anomala NIR-Ⅱ. La potenziale applicazione del fosforo LaMgGa11O19:Cr3+ come convertitore di emissione di luce nell'analisi non distruttiva, nella penetrazione dei tessuti e nella visione notturna a lunga distanza è dimostrata mediante la fabbricazione di un PC-LED NIR.

Scienza e applicazioni della luce

10.1038/s41377-023-01219-x

25 luglio 2023

Disclaimer: AAAS ed EurekAlert! non sono responsabili dell'accuratezza dei comunicati stampa pubblicati su EurekAlert! dalle istituzioni partecipanti o per l'utilizzo di qualsiasi informazione attraverso il sistema EurekAlert.