Author: Eduardo Pedrero Nieto

Propiedades ópticas del cloruro de cesio impurificado con europio doblemente ionizado

Eduardo Pedrero Nieto (1997)

Se han realizado muchos trabajos en halogenuros alcalinos impurificados con cationes divalentes. En particular Se ha estudiado extensivamente el europio divalente en este tipo de cristales, debido esencialmente a su alta eficiencia fluorescente. Ahora bien, la mayoría de estas investigaciones se han realizado en cristales con estructuras tipo cúbicas centradas en las caras, recientemente han sido reportados varios trabajos sobre el tema involucrando estudios de espectroscopía óptica en CsCl:Eu. Se han encontrado múltiples aplicaciones donde el europio funciona como impureza de los halogenuros alcalinos, tales como fósforos, dosímetros, etc. Por lo anterior resultaría de gran interés el conocer si es posible extender la respuesta espectral utilizando haluros de cesio. Por otro lado, es también conocido que el comportamiento óptico del ion europio divalente es altamente dependiente de su estado de agregación — precipitación en los halogenuros. Esto no solo afecta las propiedades ópticas sino también las propiedades mecánicas del cristal. Ahora bien, mientras más información se tenga de este tipo de caracterización mejor será comprendido el funcionamiento del europio en cristales de CsCl. Se obtuvieron espectros de fluorescencia de la impureza Eu en cristales de CsCl para diferentes tratamientos térmicos. Las muestras templadas presentan un máximo en 22700 cm-1 debida a complejos Eu-vacancia y dos emisiones adicionales en 22040 cm-1 y 20524 cm-1. Los cuales están relacionadas con pequeños agregados de europio. Se presenta el primer resultado de precipitados inducidos por irradiación láser ultravioleta. El espectro de absorción consta de dos bandas, una centrada en 250 nm y otra en 350 nm debido a las transiciones desde la más baja componente stark del estado base 8S½ a las componentes T2g y Eg de la configuración 4f65d. Por otra parte, el espectro de emisión excitando con luz de 266 nm consiste de dos bandas con máximos en 320 nm y 440 nm, mientras que cuando se excita en el nivel Eg de baja energía se obtiene solo una banda alrededor de 440 nm. Es interesante comparar este resultado con los obtenidos en los cristales FCC donde siempre, se presenta una sola banda de emisión. Se estudió por técnicas fotoluminiscentes el sistema CsC1:Eu2+, Mn2+, OH-. Se encontró que existe transferencia de energía entre Eu2+ y Mn2+, y OH- y Eu2+, y que el ion OH incrementa el proceso de transferencia entre los iones Eu2+ y Mn2+, debido a que las diferentes bandas de absorción y emisión de estos iones se traslapan en la región de 300 a 480 nm. La razón de energía transmitida entre los iones de europio y manganeso ha sido estimada del orden de 5x108 s -1. Los resultados apuntan que el proceso de transferencia entre estos iones se presenta cuando ellos forman parejas muy cercanas en la red. Por otra parte, los iones de Mn han sido usados como fósforo en diversos materiales, pero sus transiciones son prohibidas por lo que son difíciles de bombear. Sin embargo, se ha demostrado que la eficiencia de bombeo puede ser incrementada por transferencia de energía. El propósito de este trabajo es reportar los resultados obtenidos para la transferencia de energía entre los iones de europio divalente, OH y iones de Mn2+ en cristales de CsCl.

Numerous studies have been made in alkali halides doped with divalent cations. In particular the divalent europium ion has been extensively studied in these type of crystals, due to its high fluorescence efficiency. However, a large majority of these investigations has been carried out in the face centered cubic type structure and less in the cesium halide type crystals. Several applications have been found for the former mentioned europium doped alkali halides, such as phosphors, dosimeters, etc. and it would be of interest to know if, it is possible to extend the spectral response using the cesium halides. On the other hand, it is also known that the optical behaviour of divalent europium ions is strongly dependent on their aggregation-precipitation state in the alkali halides. This affects not only the optical properties of the impurity ion but also the mechanical properties of the crystal. However, as far as we know this type of characterisation has not been performed in the europium doped CsCl crystals. In this work the fluorescence spectrum of Eu2+ doped CsCl single crystals has been systematically investigated for different annealing treatments. Quenched samples present an emission band peaking at 22700 cm-1 due to Eu-vacancy complexes and two additional emissions at 22040 cm-1 and 20524 cm which are related to small europium aggregates. Thermal annealing of samples induces the formation of Eu precipitates with a platelet-like structure along {220} crystal planes, giving rise to an emission band at 23120 cm -1 .First result of an Eu2+ induced aggregation by ultraviolet laser irradiation is presented. The excitation spectrum of Eu2+ in this system consists of the usual two broad absorption bands centered at 250 nm and 350 nm, due to transitions from the lowest Till; y stark component of the 8S½ ground state to the T2g, and Eg crystal field components of the 4f65d configuration, respectively. On the other hand, the emission spectrum exciting with 266 nm light consists of two emission bands peaking at 320 nm and 440 nm, while excitation of the low energy Eg level produces one emission band around 440 nm. It is interesting to compare these results with those obtained for the FCC systems where only one emission band 18 always observed. The system CsCl:Eu2+, Mn2+, OH- has been studied by photoluminescence techniques. It has been found that there is an energy transfer between Eu2+ and Mn2+, and OH- and Eu2+ and that the OH- ion increases the energy transfer process between Eu2+ and Mn2+ ions, since the different absorption and emission bands of these ions overlap in the region of 300 to 480 nm. The energy transfer rate between europiurn and manganese ions has been estimated to be of the order of 5x108 s-1. The results point out that the energy transfer process between these ions occurs when they are forming close pairs in the lattice. On the other hand,Mn2+ ions have been used as phosphors in several materials, but their transitions being forbidden are difficult to pump. However it has been shown that the pumping efficiency of these ions can be improved by energy transfer. It is the purpose of this work to report the results obtained for energy transfer between divalent europiurn, OH- and Mn2+ ions in CsCl single crystals.

Doctoral thesis

Europio, Impurezas centrales, Transferencia de energía, Luminiscencia, Cesio CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS