Luminescence Properties of Tb3+- and Eu3+-Doped Lanthanum Magnesium Pentaborates

D. D. Mitina; Митина Д. Д.; V. V. Maltsev; Мальцев В. В.; D. V. Deyneko; Дейнеко Д. В.; E. A. Volkova; Волкова Е. А.; E. V. Koporulina; Копорулина Е. В.; N. N. Kuzmin; Кузьмин Н. Н.; V. L. Kosorukov; Косоруков В. Л.; A. I. Jiliaeva; Жиляева А. И.; D. A. Naprasnikov; Напрасников Д. А.

doi:10.31857/S0002337X23100093

Люминесцентные свойства лантан-магниевых пентаборатов, легированных ионами Tb³⁺ и Eu³⁺

Авторы: Митина Д.Д.¹, Мальцев В.В.², Дейнеко Д.В.³, Волкова Е.А.¹, Копорулина Е.В.¹^,4, Кузьмин Н.Н.⁵^,6^,7, Косоруков В.Л.¹, Жиляева А.И.¹, Напрасников Д.А.¹
Учреждения:
1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет
2. Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
3. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет
4. Институт комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук
5. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет
6. Институт спектроскопии Российской академии наук
7. Физтех-школа им. Ландау, Московский физико-технический институт
Выпуск: Том 59, № 10 (2023)
Страницы: 1121-1133
Раздел: Статьи
URL: https://kazanmedjournal.ru/0002-337X/article/view/668088
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23100093
EDN: https://elibrary.ru/CDENDU
ID: 668088

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе показаны условия и результаты синтеза твердых растворов и выращивания монокристаллов La_{1 −} _x _– _yTb_xEu_yMgB₅O₁₀ из высокотемпературного раствора-расплава на основе K₂Mo₃O₁₀. Исследованы структурные особенности, состав, термические характеристики, спектры люминесценции и спектры возбуждения ионов Tb³⁺ и Eu³⁺ твердых растворов при 0.2 < x < 0.7 и 0.1 < y < 0.6. Для полученных монокристаллов рассчитаны CIE-спектры люминесценции, изготовлены действующие макеты излучателей.

Ключевые слова

бораты, монокристаллы, раствор-расплавная кристаллизация, кристаллическая структура, рентгеноструктурный анализ, дифференциальный термический анализ, спектроскопия, люминофоры

Список литературы

Mutailipu M., Poeppelmeier K.R., Pan S. Borates: A Rich Source for Optical Materials // Chem. Rev. 2021. V. 121. № 3. P. 1130–1202. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00796
Chinn S.R., Hong H.P. CW Laser Action in Acentric NdAl3(BO3)4 and KNdP4O12 // Opt. Commun. 1975. V. 15. № 3. P. 345–350. https://doi.org/10.1016/0030-4018(75)90242-4
Aka G., Brenier A. Self-Frequency Conversion in Nonlinear Laser Crystals // Opt. Mater. 2003. V. 22. № 2. P. 89–94. https://doi.org/10.1016/s0925-3467(02)00351-8
Wei Z., Sun L., Liao C., Yin J., Jiang X., Yan C., Lü S. Size-Dependent Chromaticity in YBO3:Eu Nanocrystals: Correlation with Microstructure and Site Symmetry // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. № 41. P. 10610–10617. https://doi.org/10.1021/jp025967z
Zvezdin A.K., Krotov S.S., Kadomtseva A.M., Vorob’ev G.P., Popov Y.F., Pyatakov A.P., Popova E.A. Magnetoelectric Effects in Gadolinium Iron Borate GdFe3(BO3)4 // J. Exp. Theor. Phys. Lett. 2005. V. 81. № 6. P. 272–276. https://doi.org/10.1134/1.1931014
Hölsä J., Leskelä M. Fluorescence Spectrum, Energy Level Scheme and Crystal Field Analysis of Europium(+III) Doped Lanthanum Magnesium Borate LaMgB5O10:Eu3+ // Mol. Phys. 1985. V. 54. № 3. P. 657–667. https://doi.org/10.1080/00268978500100511
Lokeswara Reddy G.V., Rama Moorthy L., Packiyaraj P., Jamalaiah B.C. Optical Characterization of YAl3(BO3)4:Dy3+–Tm3+ Phosphors under Near UV Excitation // Opt. Mater. 2013. V. 35. № 12. P. 2138–2145. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.05.038
Dubey V., Kaur J., Agrawal S., Suryanarayana N.S., Murthy K.V.R. Effect of Eu3+ Concentration on Photoluminescence and Thermoluminescence Behavior of YBO3:Eu3+ Phosphor // Superlattices Microstruct. 2014. V. 67. P. 156–171. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.12.026
Шмурак С.З., Кедров В.В., Киселев А.П., Фурсова Т.Н., Зверькова И.И. Спектральные характеристики и перенос энергии Ce3+ → Tb3+ → Eu3+ в соединении LuBO3(Ce,Tb,Eu) // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 3. С. 564–576.
Solarz P., Beregi E., Lisiecki R., Lengyel K., Kovács L., Ryba-Romanowski W. VIS-VUV Spectroscopy of Heavily Tb and Eu Doped Gadolinium Aluminum Borate (GAB) Crystal // J. Lumin. 2023. V. 257. P. 119717. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119717
Fouassier C., Saubat B., Hagenmuller P. Self-Quenching of Eu3+ and Tb3+ Luminescencein LaMgB5O10: A Host Structure Allowingessentially One-Dimensional Interactions // J. Lumin. 1981. V. 23. № 3–4. P. 405–412. https://doi.org/10.1016/0022-2313(81)90143-5
Saubat B., Fouassier C., Hagenmuller P. Luminescent Efficiency of Eu3+ and Tb3+ in LaMgB5O10-Type Borates Under Excitation from 100 to 400 nm // Mater. Res. Bull. 1981. V. 16. № 2. P. 193–198. https://doi.org/10.1016/0025-5408(81)90081-7
Dorenbos P. 5d-Level Energies of Ce3+ and the Crystalline Environment. III. Oxides Containing Ionic Complexes // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2001. V. 64. № 12–15. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.125117
Hölsä J., Leskelä M. Fluorescence Spectrum, Energy Level Scheme and Crystal Field Analysis of Europium(III) Doped Lanthanum Magnesium Borate LaMgB5O10:Eu3+ // Mol. Phys. 1985. V. 54. № 3. P. 657–667.
Knitel M.J., Dorenbos P., Eijk C.W.E., Plasteig B., Viana B., Kahn-Harari A., Vivien D. Photoluminescence, and Scintillation/Thermoluminescence Yields of Several Ce3+ and Eu2+ Activated Borates // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2000. V. 443. № 2–3. P. 364–374.
Lin C.K., Yu M., Pang M.L., Lin J. Photoluminescent Properties of Sol-Gel Derived (La, Gd)MgB5O10:Ce3+/Tb3+ Nanocrystalline Thin Films // Opt. Mater. 2006. V. 28. № 8–9. P. 913–918. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2005.04.009
Jouhari N., Parent C., Le Flem G. Photoluminescence of Ce3+, Tb3+, and Mn2+ in Glasses of Base Composition LaMgB5O10 // J. Solid State Chem. 1996. V. 123. № 2. P. 398–407. https://doi.org/10.1006/jssc.1996.0195
Saubat B., Vlasse M., Fouassier C. Synthesis and Structural Study of the New Rare Earth Magnesium Borates LnMgB5O10 (Ln = La, …, Er) // J. Solid State Chem. 1980. V. 34. № 3. P. 271–277. https://doi.org/10.1016/0022-4596(80)90425-9
Leonyuk N.I., Leonyuk L.I. Growth and Characterization of RM3(BO3)4 Crystals // Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 1995. V. 31. № 3–4. P. 179–278. https://doi.org/10.1016/0960-8974(96)83730-2
Мальцев В.В., Волкова Е.А., Митина Д.Д., Леонюк Н.И., Козлов А.Б., Шестаков А.В. Выращивание и теплофизические свойства кристаллов RAl3(BO3)4 (R = Y, Nd, Gd, Lu) и RMgB5O10 (R = Y, La, Gd) // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 6. С. 645–658. https://doi.org/10.31857/S0002337X20060081
Митина Д.Д., Мальцев В.В., Леонюк Н.И., Горбаченя К.Н., Дейнека Р.В., Кисель В.Э., Ясюкевич А.С., Кулешов Н.В. Выращивание и характеризация кристаллов RMgB5O10 (R = Y, La, Gd) // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 2. С. 221–232. https://doi.org/10.31857/S0002337X2002013X
Inorganic Crystal Structure Data Base – ICSD; Fachinformationzentrum (FIZ) Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 2021.
Corbel G., Leblanc M., Antic-Fidancev E., Lemaître-Blaise M., Krupa J. Luminescence Analysis and Subsequent Revision of the Crystal Structure of Triclinic L‑E-uBO3 // J. Alloys Compd. 1999. V. 287. № 1–2. P. 71–78. https://doi.org/10.1016/s0925-8388(99)00023-7
Judd B.R. Hypersensitive Transitions in Rare-Earth Ions // J. Chem. Phys. 1966. V. 44. P. 839. https://doi.org/10.1063/1.1726774
Deyneko D.V., Morozov V.A., Vasin A.A., Aksenov S.M., Dikhtyar Y.Y., Stefanovich S.Y., Lazoryak B.I. The Crystal Site Engineering and Turning of Cross-Relaxation in Green-Emitting β-Ca3(PO4)2-Related Phosphors // J. Lumin. 2020. V. 223. P. 117196 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117196