Abstract
Amostras policristalinas de MgGa2O4 dopadas com Cr3+ são investigadas por espectroscopia de luminescência e luminescência de excitação sob as temperaturas 4,2 K, 77 K e ambiente. Nos espectros observamos bandas de fotoluminescência nas regiões do vermelho e do infravermelho próximo, associadas às transições eletrônicas ²E(²G)-> 4A2(4F) e 4T2(4F)-> 4A2(4F) dos íons trivalentes de cromo em sítios de coordenação octaédrica. Os espectros de fotoluminescência do MgGa2O4 contendo 1% de Cr3+ apresentam picos estreitos de intensidade na região de maior energia e várias estruturas sobre uma larga e intensa banda na região de menor energia. Os picos são atribuídos à transição proibida por spin ²E(²G) -> 4A2(4F) e as bandas largas são associadas à transição 4T2(4F)-> 4A2(4F) do Cr3+ em sítios octaédricos. Nos espectros de emissão também surgem linhas estreitas na região de alta energia atribuídas à presença do composto beta-Ga2O3:Cr3+. Os espectros de excitação exibem duas bandas largas. A de menor energia é identificada com a transição 4A2 (4F) -> 4T2(4F), enquanto a banda de maior energia é associada com a transição 4A2(4F)-> 4T1(4F). A partir das posições em energia das bandas de excitação, podemos calcular os parâmetros de campo cristalino, Dq = 1780 cm-1 e de Racah B = 630 cm-1 e C = 2820 cm-1. Os resultados mostram que o material apresenta sítios de campo cristalino alto e intermediário para os íons Cr3+.
Highlights
Nos sólidos em geral, e nas matrizes isolantes de óxidos em particular, as propriedades físicas são relacionadas a defeitos pontuais que surgem na formação do composto, pela inserção na rede hospedeira de impurezas intersticiais, ou ainda por defeitos gerados por irradiação das amostras
Polycrystalline MgGa2O4 samples doped with Cr3+ are investigated by luminescence and excitation spectroscopy at 4.2 K, 77 K and room temperature
The peaks are attributed to the spin forbidden 2E(2G) 4A2(4F) electronic transition and the broad bands are associates to the spin allowed 4T2(4F) 4A2(4F) electronic transition of Cr3+ in octahedral sites
Summary
E nas matrizes isolantes de óxidos em particular, as propriedades físicas são relacionadas a defeitos pontuais que surgem na formação do composto, pela inserção na rede hospedeira de impurezas intersticiais, ou ainda por defeitos gerados por irradiação das amostras. Com o íon dopante inserido na rede hospedeira, os seus níveis de energia são desdobrados e muitos destes novos estados dependem de forma diferente do potencial eletrostático (campo cristalino) gerado pelos íons da primeira vizinhança. As transições entre dois estados que apresentam diferentes dependências com o campo cristalino [1,2,3,4] originam as largas bandas de emissão luminescente e absorção óptica observadas para estes materiais, que são chamadas de bandas vibrônicas. No espinel MgAl2O4, similar ao MgGa2O4, foi observada uma coloração verde intensa, associada à transição 4A2 4T2 de íons Cr3+ em campo cristalino fraco, à inversão da ocupação dos cátions e a não-estequiometria da amostra [12,13,14]. O termo fundamental do íon livre, 4F, é desdobrado pelo campo cristalino no estado inferior de energia. Figura 1: Diagrama de energia de Tanabe-Sugano para íons d3
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