結晶場制御による量子カッティングの動的挙動の解明と光子カスケードレーザー発振

通过晶体场控制和光子级联激光振荡阐明量子切割的动态行为

• 批准号: 16656198
• 负责人: 小玉 展宏
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656198/
• 关键词: 真空紫外分光; スピン許容と禁制; ワイドギャップ材料; 量子カッティング; ダウンコンバージョン; エネルギー移動; カスケード発光; 希土類イオン; スピン許容と禁制遷移; ワイドバンドギャップ材料

本研究では、Gdベース新規フッ化物、ケイ酸塩結晶の希土類イオンのスピン結晶場制御という概念に基づく希土類イオン間の2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョンによる量子カッティングの発現とその動的挙動の解明、および2光子発光遷移のカスケード(段階遷移)誘導放出を利用した可視レーザー発振可能性に関する基礎的知見を得ることを目的とし、下記の成果を得た。1.2種あるいは3種のLn(I)^<3+>-Gd^<3+>-Ln(II)^<3+>(Ln^<3+>=Eu^<3+>,Er^<3+>,Tb^<3+>,Pr^<3+>)希土類イオン系で、スピン状態を含む結晶場で、交差緩和と格子間共鳴エネルギー移動を経る2ステップのダウンコンバージョンによる量子カッティングを調べるために、新規なワイドギャップフッ化物KLiGdF_5:Eu^<3+>,K_3GdF^<10>:Eu^<3+>,CsGd_2F_7:Er^<3+>,Tb^<3+>、ケイ酸塩SrY_4(SiO_4)_3O:Pr^<3+>結晶を合成した。その結果、2種のイオン対をもつKLiGdF_5:Eu^<3+>,K_3GdF_<10>、Eu^<3+>では、4f-4fの真空紫外励起で最大140〜165%の交差緩和効率をもつ量子カッティング発現を見出すとともに、量子カッティング効率のEu^<3+>濃度依存を明らかにした。また、量子カッティング過程では、最近接希土類イオン数に基づき、励起Gd^<3+>から第3〜4近接Eu^<3+>までエネルギー移動することを明らかにした。3種のイオン組み合せのCsGd_2F_7:Er^<3+>,Tb^<3+>では、Er^<3+>,Tb^<3+>の真空紫外域の4f^<n-1>5d^1のスピン許容と禁制の励起準位を解明し、Er^<3+>の4f^<11>-4f^<10>5d^1スピン許容準位への真空紫外励起による最大120%のダウンコンバージョン効率をもつ量子カッティング発現を見出すとともに、そのEr^<3+>とTb^<3+>の濃度比依存を明らかにした。ケイ酸塩SrY_4(SiO_4)_3O:Pr^<3+>では、量子カッティングは見出されなかったが、低温で、4f^2-4f^2励起で、2準位系の永続光ホールバーニング現象の発現を新たに見出した。2.量子カッティングの動的挙動の解明のため、KLiGdF_5:Eu^<3+>,K_3GdF^<10>:Eu^<3+>おいて、真空紫外の4f-4f励起および近紫外4f-4f励起の時間分解蛍光スペクトルおよび寿命測定より求めた、発光の立ち上がりと減衰から、交差緩和および格子間の共鳴エネルギー移動の時間挙動を明らかにし、量子カッティング過程が、真空紫外励起後、Eu^<3+>-Gd^<3+>の交換相互作用による交差緩和Gd^<3+>-Gd^<3+>の副格子間の共鳴エネルギー移動の2ステップエネルギー移動過程で起こることを実証した。これらの結果から、Eu^<3+>の4f-4f励起での量子カッティングによるカスケード放出過程に対する基礎的な知見を得るとともに、カスケードレーザー発振の原理的な可能性を見出した。

这项研究旨在根据基于GD基于GD基于GD的新型氟化物和硅酸盐晶体的旋转晶体场控制的概念来阐明量子切割的动态行为，并在层状晶体离子控制的概念上，并使用级联反应（步骤过渡）刺激性刺激的刺激性诱导的刺激性刺激性诱导，以可见性激光振荡潜在的基础知识。 1。通过两步通过向下转换进行量子切割，通过交叉松弛和室间谐振能量转移在晶体场中包含1.2或3种类型的ln（i）^<3+> -gd^<3+> -ln（ii）^<3+> -ln（ii）^<3+>（ln^+> = eu> = eu> = eu^<3+>，pr^<3+，eR^3+> 3+> 3+^3+，系统，通过通过交叉放松和间质共振能量转移的两个步骤，新型的宽频氟化物kligdf_5：eu^<3+>，k_3gdf^<10>：eu^<3+>，csgd_2f_7：csgd_2f_7：er^>，er^3+>，tb^<3+>，tb^<3+> pr^3+sy_4（sii srice：o：sy：o：sy：4+sry：4+sry：4（siio：4）。 As a result, in KLiGdF_5:Eu^<3+>, K_3GdF_<10> and Eu^<3+>, which have two ion pairs, quantum cutting expression was found with a cross-relaxation efficiency of up to 140-165% with vacuum ultraviolet excitation of 4f-4f, and revealed the Eu^<3+> concentration dependence of quantum cutting efficiency.此外，根据最近的稀土离子的数量，量子切割过程涉及从激发的GD^<3+>到第三至第四接近EU^<3+>的能量转移。在CSGD_2F_7：er^<3+>，tb^<3+>中，在er^<3+>的真空紫外线范围内，旋转耐受性和禁止的激发水平为4f^<n-1> 5d^1，量子切割的量子范围和量子切割量，最高120％的下降效率为4fiolet extilection <11 <11 <11 <11 <11。 ER^<3+>的自旋耐受水平以及ER^<3+>和TB^<3+>的浓度比依赖性。没有发现硅酸盐SRY_4（SIO_4）_3O：PR^<3+>的量子切割，但是在低温下，新发现了两级系统中永久性光孔燃烧现象的表达。 2。为了阐明量子切割的动态行为，我们阐明了晶格之间的交叉递延和共振能量转移的时间行为，从4F-4F和近距离衰变和近硫化物4f-4f kligdf_5中的激发激发kligdf_5：eu^<3+>，k_3gdf^<3+>，k_3gdf^<10>：euu^<10>：euu^<3+> e eu^<3+> Kligdf_5中的近硫酸酯4F-4F激发：Eu^<3+>，并证明量子切割过程发生在vad^<3+> - gd <3+> - gd^<3+> - gd^<3+>后的两步能量传递过程中这些结果通过在Eu^<3+>的4F-4F激发下进行量子切割提供了有关级联排放过程的基本知识，并找到了级联激光振荡的基本可能性。

项目成果

Radiative and nonradiative decay processes responsible for long-lsting Phosphorescence of Eu^<2+>-doped barium silicates

辐射和非辐射衰变过程导致Eu^2掺杂硅酸钡的长效磷光

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review B (in press)
• 作者: N.Kodama;M.Yamaga;M.Yamaga
• 通讯作者: M.Yamaga

Radiative and nonradiative processes responsible for long-lating phosphorescence of Eu^<3+>-doped barium silicates

辐射和非辐射过程导致Eu^3掺杂硅酸钡的长滞后磷光

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review B 71
• 作者: Mitsuo;Yamaga;N. Kodama;M. Yamaga;N.Kodama;M.Yamaga
• 通讯作者: M.Yamaga