Il gap energetico orbitale 5d ΔEg di ioni Ho3þ tra eg e t'2g(t2g) alla fase LP (a) e alla fase HP (b). I riquadri mostrano la simmetria del sito 0 GPa e 34.0 GPa di Ho 3+ , rispettivamente. (c) Diagramma del livello energetico di Ho 3+ in decompressione, sono presentati rispettivamente due centri di emissione del centro S e del centro L. Il trasferimento di energia da Ho 3+ Il rilassamento incrociato della coppia ionica (CR) al centro L accelera la popolazione 5F5 e quindi migliora la radiazione da 5F5 a 5I8. Credito:Centro per la ricerca avanzata di scienza e tecnologia ad alta pressione
La fotoluminescenza (PL) è l'emissione di luce da una sostanza dopo l'assorbimento di fotoni stimolati dalla temperatura, elettricità, pressione, o doping chimico. Un team internazionale di scienziati guidati dal Dr. Wenge Yang del Center for High Pressure Science &Technology Advanced Research (HPSTAR) presenta un forte PL tricolore ottenuto in pirocloro non PL Ho 2 Sn 2 oh 7 mediante trattamento ad alta pressione. È interessante notare che il PL può essere molto migliorato dopo il rilascio della pressione e riportato alle condizioni ambientali. Il loro studio è pubblicato nel recente numero di Lettere di revisione fisica .
I materiali fotoluminescenti sono ampiamente utilizzati nei campi della biochimica e della medicina, che possono essere usati come laser, etichette e sensori anticontraffazione. Il pirocloro delle terre rare ha attirato ampia attenzione per le sue potenziali proprietà ottiche, struttura stabile e proprietà chimiche. Il carattere di luminescenza del pirocloro deriva principalmente dagli ioni di terre rare. Ha il potenziale di applicazione in condizioni estreme perché l'emissione di pirocloro è insensibile all'ambiente esterno.
"La pressione è stata ampiamente utilizzata come strumento unico per mettere a punto le proprietà PL dei materiali, come le perovskiti ibride", ha detto il dottor Wenge Yang. "Quindi cosa accadrà applicando pressione ai materiali non PL come il pirocloro strutturale stabile Ho 2 Sn 2 oh 7 , un materiale tipico utilizzato nel reattore nucleare o nell'immobilizzazione dei rifiuti."
quando ho 2 Sn 2 oh 7 è compresso sopra ~31 GPa, il non-PL Ho 2 Sn 2 oh 7 mostra PL tricolore, che vanno dal verde al rosso al vicino infrarosso con dominanza PL verde. Più interessante, il PL tricolore non solo è trattenuto ma anche ampiamente potenziato (due volte in PL verde e nel vicino infrarosso e quattro volte in PL rosso) e con PL rosso dominante dopo il raffreddamento in pressione. Come riferimento, il recuperato Ho 2 Sn 2 oh 7 con pressione trattata al di sotto di 31 GPa non mostra alcun PL.
"In realtà la pressione ha indotto PL in molti materiali, tuttavia il PL indotto dalla pressione nella maggior parte dei materiali scompare dopo il rilascio della pressione, " ha detto il dottor Yongsheng Zhao, l'autore principale dello studio. "Il tricolore PL in Ho 2 Sn 2 oh 7 può essere ripristinato alle condizioni ambientali e in gran parte il miglioramento con il rilascio della pressione è un comportamento davvero entusiasmante in quanto questi materiali potrebbero avere potenziali applicazioni per il sensore di soglia di pressione nella cronologia delle condizioni estreme."
Allora cosa rende il PL colorato nell'Ho . compresso 2 Sn 2 oh 7 ?
Per sondare ulteriormente l'unico PL indotto in Ho 2 Sn 2 oh 7 , il team ha effettuato misurazioni della diffrazione dei raggi X e dell'assorbimento dei raggi X per tracciare le strutture durante la compressione nel campione. Le diffrazioni ai raggi X mostrano che alla pressione in cui è emerso PL, il campione ha anche subito una trasformazione della struttura cristallina. E alla decompressione, il materiale è passato allo stato amorfo.
"La nostra ulteriore analisi sulla struttura cristallina ed elettronica ha rivelato che la simmetria del sito centrosimmetrico di Ho 3+ cambiamento a non centrosimmetrico durante il cambiamento strutturale ad alta pressione, " ha spiegato il dottor Yongsheng Zhao. "Questo ha migliorato l'ibridazione di Ho 3+ orbitali elettronici e quindi porta all'emergere di PL tricolore. E il PL potenziato allo stato amorfo deriva dallo scambio di energia tra i due Ho 3+ , che stimola un altro centro di emissione nel campione spento."
"Il nostro studio evidenzia l'effetto della pressione sulla simmetria del sito ionico locale, che in gran parte trasforma e consente al nuovo centro di emissione da un livello di drogaggio tradizionalmente inferiore all'1% di materiali ionici RE a un normale sito RE (18% in questo caso). Il nuovo principio della fisica potrebbe essere potenzialmente utilizzato per molti altri tipi di sistema, " ha aggiunto il dottor Yang.
