El profesor Hiromi Nakano de la Universidad Tecnológica de Toyohashi utilizó un material con una estructura periódica única (material inteligente:Li-M-Ti-O [M =Nb o Ta]) como material anfitrión para sintetizar nuevos Mn ⁴⁺ fósforos activados que exhiben emisiones de luz roja a 685 nm cuando se excitan a 493 nm. Debido a que la valencia de los iones Mn en el material cambia de Mn ⁴⁺ a Mn ³⁺ según la temperatura de sinterización, composición, y estructura cristalina, hay una diferencia en la intensidad de fotoluminiscencia de los fósforos. XRD, TEM, y XANES se utilizaron para aclarar la relación entre la intensidad de la fotoluminiscencia y la temperatura de sinterización, composición, estructura cristalina, y codopaje con MgO.

El color blanco en los LED blancos generalmente se logra excitando un fósforo amarillo con luz azul. Sin embargo, el índice de reproducción cromática con este método se evalúa como bajo porque no hay suficiente luz roja en comparación con la luz solar. Por lo tanto, los fósforos que emiten luz roja tienen un papel importante como materiales con un alto índice de reproducción cromática.

Previamente, El equipo del profesor Nakano utilizó un material inteligente (Li-M-Ti-O [M =Nb o Ta]) como material anfitrión para sintetizar un Eu ³⁺ -Fósforo rojo activado. Esta vez, sintetizaron nuevo Mn ⁴⁺ -Fósforos rojos activados sin utilizar materiales de tierras raras.

El sistema Li-Nb-Ti-O (LNT) y el sistema Li-Ta-Ti-O (LTT) son materiales inteligentes (ver la figura, por ejemplo) que se autoorganizan en una estructura periódica con un período de capa intercrecimiento que cambia según al TiO ₂ cantidad de dopaje. El área de estructura periódica del sistema LTT es más estrecha que la del sistema LNT, y hay una diferencia en las condiciones de sinterización para su creación. Por lo tanto, al comparar los sistemas LNT y LTT, el equipo investigó de cerca cómo la intensidad de la fotoluminiscencia y la valencia del ion Mn cambian con la temperatura de sinterización, composición, estructura cristalina, y codopaje con MgO.

Como resultado de esta investigación, se entendió que LTT tenía una intensidad de fotoluminiscencia notablemente más alta que LNT debido a cambios en la estructura cristalina debidos a la temperatura y composición de sinterización. Generalmente, si la temperatura de sinterización es alta, Minnesota ⁴⁺ probablemente se reducirá a Mn ³⁺ , explicando la disminución en la intensidad de la fotoluminiscencia. En lo que respecta a los cambios en la estructura cristalina, cuando el TiO ₂ aumenta la cantidad de dopaje, el número de [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ también aumentan las capas periódicas de crecimiento intermedio. Debido a que la capa de crecimiento intermedio se forma con Ti ³⁺ iones, se entendió que las deficiencias de oxígeno circundantes contribuyen a las reducciones de Mn ⁴⁺ a Mn ³⁺ . Adicionalmente, cuando se realizó el dopaje con MgO para aumentar la intensidad de la fotoluminiscencia, el fósforo LTT que no tenía una estructura periódica exhibió un 100% de Mn ⁴⁺ relación y la intensidad de fotoluminiscencia más alta.

El estudiante que participó inicialmente en el experimento declaró que "el Mn ⁴⁺ el fósforo no mostró fotoluminiscencia con el material huésped ", y la investigación se suspendió durante unos seis meses. El próximo año, un estudiante diferente sintetizó el fósforo y declaró, "presenta una fotoluminiscencia débil, pero creo que podríamos probar algunas cosas para mejorarlo ". Mediante repetidas pruebas y errores, el equipo descubrió un factor importante:además de la temperatura de sinterización, hubo diferencias significativas en los cambios en la estructura cristalina cuando el Mn ⁴⁺ se controló la proporción. A través de numerosos viajes al Centro de Radiación Sincrotrón de Aichi, el equipo pudo medir el Mn ⁴⁺ ratio y consolidar los resultados de sus investigaciones.

El Mn ⁴⁺ -el fósforo activado tuvo que sintetizarse a una temperatura relativamente baja de 850 ° C para aumentar el Mn ⁴⁺ proporción. Sin embargo, bajo esta condición, hay un problema con cristalinidad moderadamente baja. En el futuro, probarán varios codopantes para explorar más a fondo el proceso de síntesis para lograr un fósforo rojo más brillante. En años recientes, Ha habido más interés en los fósforos de Mn de color rojo oscuro activados sin el uso de materiales de tierras raras, como para usar en luces de cultivo LED, y se puede esperar que las aplicaciones se expandan en el futuro.