zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-507Research ArticleСтатьиЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ GdF3:Pr:Yb и YF3:Pr:Yb, СИНТЕЗИРОВАННЫХ МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСПЛАВАLUMINESCENCE OF GdF3:Pr:Yb AND YF3:Pr:Yb SOLID SOLUTIONS SYNTHESIZED BY CRYSTALLIZATION FROM THE MELTНизамутдиновА. С.NizamutdinovA. S.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18

18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008

anizamutdinov@mail.ruКузнецовС. В.KuznetsovS. V.

Москва, 119991

Moscow, 119991

КонюшкинВ. А.KonushkinV. A.

Москва, 119991

Moscow, 119991

НакладовА. Н.NakladovA. N.

Москва, 119991

Moscow, 119991

МадировЭ. И.MadirovE. I.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18

18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008

ВороновВ. В.VoronovV. V.

Москва, 119991

Moscow, 119991

ХадиевА. Р.KhadievA. R.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18

18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008

МарисовМ. А.MarisovM. A.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18

18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008

СемашкоВ. В.SemashkoV. V.

420008, Казань, ул. Кремлевская, 18

18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008

Казанский федеральный университетKazan Federal UniversityИнститут общей физики им. А. М. Прохорова Российской АНProkhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences201918032020865705712Copyright © Низамутдинов А.С., Кузнецов С.В., Конюшкин В.А., Накладов А.Н., Мадиров Э.И., Воронов В.В., Хадиев А.Р., Марисов М.А., Семашко В.В., 20202020Низамутдинов А.С., Кузнецов С.В., Конюшкин В.А., Накладов А.Н., Мадиров Э.И., Воронов В.В., Хадиев А.Р., Марисов М.А., Семашко В.В.Nizamutdinov A.S., Kuznetsov S.V., Konushkin V.A., Nakladov A.N., Madirov E.I., Voronov V.V., Khadiev A.R., Marisov M.A., Semashko V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/507

Исследованы спектрально-люминесцентные характеристики твердых растворов GdF3:Pr:Yb и YF3:Pr:Yb, синтезированных методом кристаллизации из расплава. Изучена сенсибилизированная люминесценция ионов Yb3+ в области переходов 2F5/2 → 2F7/2 при λвозб = 445 нм. Коэффициент передачи энергии от ионов Pr3+ к Yb3+ <80 % для соотношений концентраций Pr/Yb 0.5/10.0 и 1.0/10.0 для GdF3, а также 0.5/10.0 для YF3. Высокая эффективность безызлучательной передачи энергии не приводит к высоким значениям абсолютного квантового выхода люминесценции ионов Pr3+ и Yb3+ в области максимальной фоточувствительности кристаллического кремния. Квантовый выход не превышает 1 % для собственной люминесценции Yb3+ и 4 % для общей люминесценции в диапазоне 800—1050 нм (для соотношения концентраций Pr/Yb 0.5/1.0 в матрице GdF3). Низкий квантовый выход является следствием сложной картины обмена энергией между ионами Yb3+ и Pr3+, на которую в значительной степени влияет близость по энергии состояний 1G4 иона Pr3+ и 2F5/2 иона Yb3+ в этих матрицах, что обусловливает дополнительный канал безызлучательного распада возбужденного состояния ионов Yb3+, а также кросс-релаксация между переходами 3P0 → 1G4 иона Pr3+ и 2F5/2 → 2F7/2 иона Yb3+, которая ведет к увеличению времени жизни состояния 3P0 иона Pr3+.

Spectral-luminescent characteristics of solid solutions GdF3:Pr:Yb and YF3:Pr:Yb synthesized by the crystallization from the melt are investigated. Down-conversion luminescence of the Yb3+ ions in the region of 2F5/2 → 2F7/2 transitions at 445 nm excitation was studied. Energy transfer coefficient from Pr3+ to Yb3+ ions was <80% for the ratio of Pr/Yb concentrations 0.5/10.0 and 1.0/10.0 for GdF3, and 0.5/10.0 for YF3. High efficiency of nonradiative energy transfer does not lead to high values of absolute quantum yield of luminescence of Pr3+ and Yb3+ ions in the region of maximum photosensitivity of crystalline silicon. The quantum yield does not exceed 1 % for the intrinsic luminescence Yb3+ and 4 % of the total luminescence in the range 800—1050 nm (for the ratio of Pr/Yb concentrations 0.5/1.0 in the GdF3 matrix). The low quantum yield is a consequence of the complex pattern of energy exchange between ions Yb3+ and Pr3+, which is largely influenced by the energy proximity of the 1G4 state of the ion Pr3+ and 2F5/2 of the ion Yb3+ in these matrices and by the cross-relaxation between the transitions 3P0 → 1G4 of the ion Pr3+ and 2F5/2 → 2F7/2 of the ion Yb3+. The energy proximity results in an additional channel of non-radiative decay of the excited state of the ions Yb3+, and the cross-relaxation leads to an increase in the lifetime of the 3P0 state of the ion Pr3+.

фторидыредкоземельные ионысенсибилизированная люминесценциябезызлучательная передача энергииfluoriderare-earth ionsdown-conversion luminescencenon-radiative energy transferРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 17-73-20352).ReferencesM. A. Green, S. P. Bremner. Nat. Mater., 16 (2017) 23—34M. A. Green, S. P. Bremner. Nat. Mater., 16 (2017) 23—34T. Trupke, M. A. Green, P. Wurfel. J. Appl. Phys., 92, N 3 (2002) 1668—1674T. Trupke, M. A. Green, P. Wurfel. J. Appl. Phys., 92, N 3 (2002) 1668—1674X. Huang, S. Han, W. Huang, X. Liu. Chem. Soc. Rev., 42 (2013) 173—201X. Huang, S. Han, W. Huang, X. Liu. Chem. Soc. Rev., 42 (2013) 173—201X. Bian, Q. Shi, C. Cui, L. Wang, Y. Tian, B. Xu, Z. K. Mamytbekov, P. Huang. Mater. Res. Bull., 110 (2019) 102—106X. Bian, Q. Shi, C. Cui, L. Wang, Y. Tian, B. Xu, Z. K. Mamytbekov, P. Huang. Mater. Res. Bull., 110 (2019) 102—106Y. Tai, X. Li, B. Pan. J. Lumin., 195 (2018) 102—108Y. Tai, X. Li, B. Pan. J. Lumin., 195 (2018) 102—108A. D. Sontakke, J. Ueda, Y. Katayama, P. Dorenbos, S. Tanabe. Appl. Phys. Lett., 106 (2015) 131906A. D. Sontakke, J. Ueda, Y. Katayama, P. Dorenbos, S. Tanabe. Appl. Phys. Lett., 106 (2015) 131906P. Vergeer, T. J. H. Vlugt, M. H. F. Kox, M. I. den Hertog, J. P. van der Eerden, A. Meijerink. Phys. Rev. B, 71 (2005) 014119P. Vergeer, T. J. H. Vlugt, M. H. F. Kox, M. I. den Hertog, J. P. van der Eerden, A. Meijerink. Phys. Rev. B, 71 (2005) 014119Q. Y. Zhang, G. F. Yang, Z. H. Jiang. Appl. Phys. Lett., 91, N 5 (2007) 051903Q. Y. Zhang, G. F. Yang, Z. H. Jiang. Appl. Phys. Lett., 91, N 5 (2007) 051903L. Aarts, B. M. van der Ende, A. Meijerink. J. Appl. Phys., 106 (2009) 023522L. Aarts, B. M. van der Ende, A. Meijerink. J. Appl. Phys., 106 (2009) 023522J. J. Eilers, D. Biner, J. T. van Wijngaarden, K. Krämer, H.-U. Güdel, A. Meijerink. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 151106J. J. Eilers, D. Biner, J. T. van Wijngaarden, K. Krämer, H.-U. Güdel, A. Meijerink. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 151106G. Lakshminarayana, H. Yang, S. Ye, Y. Liu, J. J. Qiu. Mater. Res., 23, N 11 (2008) 3090—3095G. Lakshminarayana, H. Yang, S. Ye, Y. Liu, J. J. Qiu. Mater. Res., 23, N 11 (2008) 3090—3095B. M. van der Ende, L. Aarts, A. Meijerink. Adv. Mat., 21, N 30 (2009) 3073—3077B. M. van der Ende, L. Aarts, A. Meijerink. Adv. Mat., 21, N 30 (2009) 3073—3077L. Aarts, B. van der Ende, M. Reid, A. Meijerink. Spectrosc. Lett., 43 (2010) 373—381L. Aarts, B. van der Ende, M. Reid, A. Meijerink. Spectrosc. Lett., 43 (2010) 373—381G. H. Dieke, H. M. Crosswhite. Appl. Opt., 2 (1963) 675—686G. H. Dieke, H. M. Crosswhite. Appl. Opt., 2 (1963) 675—686D. S. Yasyrkina, S. V. Kuznetsov, A. V. Ryabova, D. V. Pominova, V. V. Voronov, R. P. Ermakov, P. P. Fedorov. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 4, N 5 (2013) 648—656D. S. Yasyrkina, S. V. Kuznetsov, A. V. Ryabova, D. V. Pominova, V. V. Voronov, R. P. Ermakov, P. P. Fedorov. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 4, N 5 (2013) 648—656B. P. Sobolev, P. P. Fedorov, D. B. Steynberg, B. V. Sinitsyn, G. S. Shakhkalanian. J. Solid State Chem., 17, N 1/2 (1976) 191—199B. P. Sobolev, P. P. Fedorov, D. B. Steynberg, B. V. Sinitsyn, G. S. Shakhkalanian. J. Solid State Chem., 17, N 1/2 (1976) 191—199Б. Я. Свешников, В. В. Широков. Опт. и спектр., 12, N 5 (1962) 576—581Б. Я. Свешников, В. В. Широков. Опт. и спектр., 12, N 5 (1962) 576—581L. Guo, Y. Wang, W. Zeng, L. Zhao, L. Han. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 14295—14302L. Guo, Y. Wang, W. Zeng, L. Zhao, L. Han. Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013) 14295—14302S. V. Kuznetsov, O. A. Morozov, V. G. Gorieva, M. N. Mayakova, M. A. Marisov, V. V. Voronov, P. P. Fedorov. J. Fluor. Chem., 211 (2018) 70—75S. V. Kuznetsov, O. A. Morozov, V. G. Gorieva, M. N. Mayakova, M. A. Marisov, V. V. Voronov, P. P. Fedorov. J. Fluor. Chem., 211 (2018) 70—75

The authors declare that there are no conflicts of interest present.