Transferência de carga de intervalo de Cr³⁺

Centro de Publicação Light, Instituto de Óptica, Mecânica Fina e Física de Changchun, CAS

imagem: a, espectros PL de LaMgGa₁₁-xO₁₉:xCr³⁺ (x=0-2) sob excitação de 440 nm. b, Intensidades de luminescência de NIR-Ⅰ e NIR-Ⅱ versus concentração de Cr³⁺; c, espectros PLE de monitoramento de LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ em 890 e 1200 nm. Os sinais de excitação resultam das transições do íon Cr³⁺ isolado. d, Curva de refletância difusa UV-Vis-NIR criogênica (80 K), validando que nenhuma absorção do íon Cr⁴⁺ pode ser rastreada. e, curvas XPS de amostras de Cr₂O₃, LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ e LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺ validando nenhum deslocamento químico. f, curvas EPR das amostras LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,2Cr³⁺ e LaMgGa₁₁-xO₁₉:0,7Cr³⁺. Em (f), o amplo sinal de ressonância com g de 1,96 é atribuído ao par Cr³⁺-Cr³⁺, indicando forte interação entre os íons Cr³⁺.Veja mais

Crédito: por Shengqiang Liu, Jingxuan Du, Zhen Song, Chonggeng Ma, Quanlin Liu

O espectro do infravermelho próximo (NIR) contém bandas de absorção vibracional características de numerosos grupos funcionais orgânicos. Os diodos emissores de luz convertidos em fósforo NIR (pc-LEDs) têm reunido interesses crescentes em áreas que incluem testes não destrutivos e visão noturna. Em 2016, a Osram relatou o primeiro NIR pc-LED, SFH4735, embora com baixa potência de saída (16 mW @ 350 mA) e comprimentos de onda limitados. Além disso, os agentes de contraste luminescentes que operam dentro da segunda janela de imagem biológica (1000-1800 nm) exibem menores absorção de tecido e coeficientes de dispersão em contraste com a primeira janela tradicional (750-950 nm), permitindo assim maior profundidade de detecção e melhor sinal de imagem para -relação de ruído. Significativamente, a luminescência do Cr3+ através da engenharia do ambiente do campo cristalino está localizada na região NIR-Ⅰ, conforme ilustrado pelo diagrama Tanabe-Sugano. A presença de Cr4+ ([Ar]3d2) é capaz de estender a emissão para a região NIR-Ⅱ, mas a eficiência é inferior devido à fraca extinção térmica da luminescência à temperatura ambiente. Em contraste, os fósforos dopados com íons lantanídeos normalmente exibem emissão de multipletos de banda estreita, tornando o ajuste espectral uma tarefa desafiadora. Portanto, torna-se crucial investigar métodos para obter luminescência NIR-Ⅱ de banda larga através de dopagem iônica e composição estrutural.

Em um novo artigo publicado na Light Science & Application, uma equipe de pesquisadores, liderada pelo professor Quanlin Liu da Escola de Ciências e Engenharia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pequim, China, e colegas de trabalho desenvolveram o primeiro NIR- Ⅱ luminescência de banda larga baseada na transferência de carga de intervalo (IVCT) de Cr3+-Cr3+ → Cr2+,Cr4+ em LaMgGa11O19 do tipo magentoplumbite. Com base na forte incorporação de íon Cr3+, LaMgGa11O19 exibe emissão dupla (NIR-Ⅰ, 890 nm e NIR-Ⅱ, 1200 nm) com largura total na metade do máximo (FWHM) de 626 nm e eficiência externa de luminescência de 18,9%. Eles observaram ainda o comportamento de extinção antitérmica da luminescência (432% @ 290 K vs @ 80 K) da luminescência alvo NIR-Ⅱ.

Eles observaram a luminescência NIR-Ⅰ em baixa concentração de íons Cr3+, enquanto a luminescência NIR-Ⅱ aparece à medida que a concentração de íons Cr3+ aumenta para 0,5. Com uma alta concentração de dopagem de íons Cr3+, os sinais de excitação e absorção dos íons Cr4+ não podem ser rastreados. Além disso, em contraste com os íons Cr4+, ​​eles descobriram um tempo de vida de decaimento de luminescência significativamente mais longo (2,3 ms) associado a esta luminescência NIR-Ⅱ anômala. A aplicação potencial do fósforo LaMgGa11O19:Cr3+ como um conversor emissor de luz em análises não destrutivas, penetração de tecidos e visão noturna de longa distância é demonstrada através da fabricação de um PC-LED NIR.

Ciência da luz e aplicações

10.1038/s41377-023-01219-x

25 de julho de 2023

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