La brecha de energía orbital 5d ΔEg de iones Ho3þ entre eg y t'2g (t2g) en la fase LP (a) y la fase HP (b). Los recuadros muestran la simetría del sitio de 0 GPa y 34,0 GPa de Ho 3+ , respectivamente. (c) Diagrama de niveles de energía de Ho 3+ bajo descompresión, Se presentan dos centros de emisión de centro S y centro L respectivamente. La transferencia de energía de Ho 3+ La relajación cruzada de pares de iones (CR) en el centro L acelera la población de 5F5 y, por lo tanto, aumenta la radiación de 5F5 a 5I8. Crédito:Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión
La fotoluminiscencia (PL) es la emisión de luz de una sustancia después de la absorción de fotones estimulados por la temperatura. electricidad, presión, o dopaje químico. Un equipo internacional de científicos dirigido por el Dr. Wenge Yang del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión (HPSTAR) presenta un fuerte PL tricolor logrado en pirocloro que no es PL. 2 Sn 2 O 7 mediante tratamiento de alta presión. Curiosamente, el PL puede mejorarse mucho después de la liberación de presión y recuperarse a las condiciones ambientales. Su estudio se publica en la edición reciente de Cartas de revisión física .
Los materiales de fotoluminiscencia se utilizan ampliamente en los campos de la bioquímica y la medicina. que se pueden utilizar como láseres, etiquetas y sensores anti-falsificación. El pirocloro de tierras raras ha atraído una gran atención por sus posibles propiedades ópticas, estructura estable y propiedades químicas. El carácter luminiscente del pirocloro proviene principalmente de iones de tierras raras. Tiene potencial de aplicación en condiciones extremas porque la emisión de pirocloro es insensible al ambiente externo.
"La presión se ha utilizado ampliamente como una herramienta única para ajustar las propiedades PL de los materiales, como las perovskitas híbridas ", dijo el Dr. Wenge Yang. "Entonces, ¿qué pasará si se aplica presión a los materiales que no son PL como el pirocloro estable estructural Ho 2 Sn 2 O 7 , un material típico utilizado en reactores nucleares o inmovilización de desechos ".
Cuando Ho 2 Sn 2 O 7 se comprime por encima de ~ 31 GPa, el no PL Ho 2 Sn 2 O 7 muestra PL tricolor, que abarca desde el verde al rojo hasta el rango del infrarrojo cercano con el PL verde predominante. Más interesante, el PL tricolor no solo se conserva, sino que también se mejora en gran medida (dos veces mejorado en PL verde e infrarrojo cercano y cuatro veces en PL rojo) y con PL rojo dominante después del enfriamiento por presión. Como referencia, el recuperado Ho 2 Sn 2 O 7 con presión tratada por debajo de 31 GPa no muestra ningún PL en absoluto.
"En realidad, la presión ha inducido PL en muchos materiales, sin embargo, el PL inducido por la presión en la mayoría de los materiales desaparecerá después de la liberación de presión, "dijo el Dr. Yongsheng Zhao, el autor principal del estudio. "El PL tricolor en Ho 2 Sn 2 O 7 se puede recuperar a condiciones ambientales y la mejora en gran medida con la liberación de presión es un comportamiento realmente emocionante, ya que estos materiales podrían tener una aplicación potencial para el sensor de umbral de presión en el historial de condiciones extremas ".
Entonces, ¿qué hace que el colorido PL en el Ho comprimido 2 Sn 2 O 7 ?
Para sondear aún más el PL único inducido en Ho 2 Sn 2 O 7 , El equipo llevó a cabo mediciones de difracción de rayos X y absorción de rayos X para rastrear las estructuras durante la compresión en la muestra. Las difracciones de rayos X muestran que a la presión donde emergió PL, la muestra también pasó por una transformación de la estructura cristalina. Y tras la descompresión, el material cambió a estado amorfo.
"Nuestro análisis posterior sobre la estructura cristalina y electrónica reveló que la simetría del sitio centrosimétrico de Ho 3+ cambio a no centrosimétrico durante el cambio estructural a alta presión, ", explicó el Dr. Yongsheng Zhao." Esto mejoró la hibridación de Ho 3+ orbitales de electrones y, por lo tanto, trae el surgimiento de PL tricolor. Y el PL mejorado en estado amorfo proviene del intercambio de energía entre los dos Ho 3+ , lo que estimula un centro de emisión más en la muestra apagada ".
"Nuestro estudio destaca el efecto de la presión sobre la simetría del sitio de iones locales, lo que convierte en gran medida y permite que el nuevo centro de emisiones pase de un nivel de dopaje tradicionalmente inferior al 1% de materiales de iones RE a un RE de sitio normal (18% en este caso). El nuevo principio de la física podría usarse potencialmente para muchos otros tipos de sistemas, "añadió el Dr. Yang.
