O intervalo de energia orbital 5d ΔEg de íons Ho3þ entre eg e t'2g (t2g) na fase LP (a) e fase HP (b). As inserções mostram a simetria do local de 0 GPa e 34,0 GPa de Ho 3+ , respectivamente. (c) Diagrama de nível de energia de Ho 3+ sob descompressão, dois centros de emissão do centro S e centro L são apresentados respectivamente. A transferência de energia de Ho 3+ O relaxamento cruzado de pares de íons (CR) no centro L acelera a população 5F5 e, portanto, aumenta a radiação 5F5 a 5I8. Crédito:Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão
Fotoluminescência (PL) é a emissão de luz de uma substância após a absorção de fótons estimulada pela temperatura, eletricidade, pressão, ou doping químico. Uma equipe internacional de cientistas liderada pelo Dr. Wenge Yang do Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão (HPSTAR) apresenta um forte PL tricolor obtido em pirocloro não PL Ho 2 Sn 2 O 7 através do tratamento de alta pressão. Curiosamente, o PL pode ser muito melhorado após a liberação da pressão e recuperado para as condições ambientais. Seu estudo foi publicado na edição recente da Cartas de revisão física .
Os materiais fotoluminescentes são amplamente utilizados nas áreas da bioquímica e da medicina, que podem ser usados como lasers, etiquetas e sensores anti-falsificação. O pirocloro de terras raras tem atraído muita atenção por suas propriedades ópticas potenciais, estrutura estável e propriedades químicas. O caráter luminescente do pirocloro vem principalmente de íons de terras raras. Tem potencial de aplicação em condições extremas, pois a emissão de pirocloro é insensível ao meio externo.
"A pressão tem sido amplamente utilizada como uma ferramenta única para ajustar as propriedades PL dos materiais, como perovskitas híbridas ", disse o Dr. Wenge Yang. "Então, o que acontecerá para aplicar pressão aos materiais não-PL, como o pirocloro Ho estruturalmente estável 2 Sn 2 O 7 , um material típico usado em reator nuclear ou imobilização de resíduos. "
Quando Ho 2 Sn 2 O 7 é compactado acima de ~ 31 GPa, o não PL Ho 2 Sn 2 O 7 mostra PL tricolor, estendendo-se do verde ao vermelho até a faixa do infravermelho próximo com o verde PL predominando. Mais interessante, o PL tricoloar não é apenas retido, mas também amplamente aprimorado (duas vezes aprimorado em PL verde e infravermelho próximo e quatro vezes em PL vermelho) e com PL vermelho dominante após a extinção de pressão. Como referência, o Ho recuperado 2 Sn 2 O 7 com pressão tratada abaixo de 31 GPa não mostra nenhum PL.
"Na verdade, a pressão induziu PL em muitos materiais, no entanto, o PL induzido por pressão na maioria dos materiais irá desaparecer após a liberação de pressão, "disse o Dr. Yongsheng Zhao, o principal autor do estudo. "O PL tricolor em Ho 2 Sn 2 O 7 pode ser recuperado para a condição ambiente e o aprimoramento em grande parte com a liberação de pressão é um comportamento realmente excitante, pois esses materiais podem ter uma aplicação potencial para o sensor de limite de pressão no histórico de condições extremas. "
Então, o que torna o PL colorido no Ho comprimido 2 Sn 2 O 7 ?
Para investigar ainda mais o único PL induzido em Ho 2 Sn 2 O 7 , a equipe realizou difração de raios-X e medições de absorção de raios-X para rastrear as estruturas durante a compressão na amostra. As difrações de raios-X mostram que na pressão em que o PL emergiu, a amostra também passou por uma transformação da estrutura cristalina. E após a descompressão, o material mudou para o estado amorfo.
"Nossa análise posterior na estrutura cristalina e eletrônica revelou que a simetria do sítio centrosimétrico de Ho 3+ mudar para não centrosimétrico durante a mudança estrutural em alta pressão, "explicou o Dr. Yongsheng Zhao." Isso aumentou a hibridização de Ho 3+ orbitais de elétrons e, portanto, traz o surgimento de PL tricolor. E o PL aprimorado em estado amorfo vem da troca de energia entre os dois Ho 3+ , que estimula mais um centro de emissão na amostra extinta. "
"Nosso estudo destaca o efeito da pressão na simetria local do íon, que transforma e habilita o novo centro de emissão de tradicionalmente menos de 1% de nível de dopagem de materiais de íons RE para um local regular RE (18% neste caso). O novo princípio da física pode ser potencialmente usado para muitos outros tipos de sistema, "acrescentou o Dr. Yang.
