đề tài khoa học đất hiếm

Huỳnh quang và phân tích Judd- Ofelt của Eu 3+ trong thuỷ tinh hỗn hợp kiềm Li x Na 2-x B 4 O 7 :Eu 3+ Vũ Xuân Quang, Ngô Quang Thành, Nguyễn Trọng Thành, Vũ Phi Tuyến, Phan Tiến Dũng, Bùi Thế Huy Viện Khoa học Vật liệu Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Nội dung • Chế tạo hệ mẫu thuỷ tinh hỗn hợp kiềm Li x Na 2-x B 4 O 7 :Eu 3+ với x thay đổi từ 0 đến 2 • Khảo sát phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các hệ mẫu • Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt, xác định các thông số cường độ Ω 2 , Ω 4 , Ω 6 và ứng dụng lý thuyết đó tiên đoán thời gian sống của huỳnhquang của Eu 3+ cũng như đánh giá về trường tinh thể, độ đồng hoá trị của Eu3+ và môi trường xung quanh Cơ sở lý thuyết Judd-Ofelt 2 1 2 3 ed if i m f f r i g h χ ν < > ∑ r : 9 exp 4,318.10 ( )f d ε ν ν − = ∫ - Công thức thực nghiệm Smakula Đặc trưng phổ hấp thụ - Lực dao động tử . A c d ε = Đặc trưng của phổ huỳnh quang 2 2 3 1 e if if i A f r i g hc χ ν < > ∑ r : 1 if A τ = - Hệ số Anhstanh - Thời gian sống của mức kích thích Vấn đề là tính 2 f r i< > r Điều đó không đơn giản, thí dụ chuyển dời J-J’ của 5 I 8 – 5 H 6 trong Ho 3+ sẽ có bao nhiêu yếu tố ma trận ? ' ' ' 'f r i SLJM r S L J M α ε < >→< > r r Vậy số yếu tố ma trận cần tính cho chuyển dời nói trên là 3 x (2 x 8 +1) x (2 x 6+1) =663 Lý thuyết Judd- Ofelt Giải pháp: Lý thuyết Judd- Ofelt • Xác lập công thức tính lực dao động tử P của chuyển dời hấp thụ lưỡng cực điện 2 2 1 8 ed q mc P A D B h π σ χ   = < >     • M khối lượng điện tử • C: vận tốc ánh sáng • σ: năng lượng chuyển dời • Χ Hiệu chỉnh Lorentz của chiết suất • D 1q : toán tử mômen điện Σr i (C 1 ) i A B Trạng thái cơ bản Trạng thái kích thích Theo quy tắc Laporte, P ed chỉ khác không nếu ion RE được đặt trong một trường tinh thể có thành phần đối xứng lẻ . , C F tp tp t p V A D= ∑ Với t: lẻ và p=-t…. 0… t A tp :thông số trường tinh thể ( ) t i tp i i r C ∑ D tp : 1/ 2 kq kq 4 Y 2k 1 π   =  ÷ +   C Với Y kq là hàm điều hoà cầu hạng k với q = -k… 0… +k Khi đó // N C.F // N N // k f JM | | A | f JM E(4f J) ( ) < ψ ψ ψ > >= ψ > + − Ε ψ ∑ V // N / / / C.F // N / / / N / // k f J M | | B | f J M E(4f J ) ( ) < ψ < ψ ψ > >= ψ > + − Ε ψ ∑ V Để thu được biểu thức P ed có thể áp dụng vào thực nghiệm, ta cần tiến hành một số bước sau: - Áp dụng gần đúng Judd, xem 2 mẫu số bằng nhau và ký hiệu chung là ΔE(Ψ”) - Áp dụng định lý Wigner-Eckart để giảm số yếu tố ma trận - Áp dụng tính chất đối xứng của các symbol 3j và 6j của đại số tenxơ Từ đó ta thu được dạng thường dùng của lực dao động tử cho hấp thụ dipole điện : 2 2 1 tp p, t [ ] | A | (t, )(2t 1) − λ Ω = λ Ξ λ + ∑ 2 E.D 2, 4, 6 8 mc P U( ) 2 λ λ=   π = χ σ Ω λ     ∑ h Trong đó thông số cường độ Ω: f l 1 t n, l 1 t (t, ) 2 ( 1) [f ][e] f || || l l || || f x f l f + λ   Ξ λ = − < >< >  ÷   ∑ C C t // 1 x 4f | r | nl nl | r | 4f E( ) − < >< > ∆ Ψ Trong đó U(λ)=Σu i (λ) là toán tử đơn vị, được định nghĩa ( ) / / / / nl || || n l ) (nn ) (ll ) λ < = δ δ u Đại lượng này đặc trưng cho các chuyển dời của ion RE tự do. Nó hầu như không phụ thuộc vào nền và đã công bố trên các bản tính sẵn Như vậy nều so sánh P ed trong công thức trên với Ped thực nghiệm từ công thức 9 exp 4,318.10 ( )f d ε ν ν − = ∫ Trong đó . .A c d ε = Với d là độ dày mẫu; c - nồng độ; A- absorbance Ta tính được Ω 2 , Ω 4 , Ω 6 Còn các yếu tố ma trận rút gọn được xác định bởi N ( ) N / / / / 2 f [SL]J || || f [S L ]J U λ λ < α α > U Ý nghĩa của Ω λ 2 2 2 1 4 4 (4 ) (4 ) t tp N A f r nl nl r f E f nl E f λ − < > < > Ω − : 1/ Đoán nhận cấu trúc và liên kết xung quanh ion RE Qui tắc lọc lựa: l 1 S 0 L 6∆ = ± ∆ = ∆ ≤ 1 1,3,5,7t t λ = ± → = : 2,4,6 λ 1 2 ( )l l λ + ≥ A tp là bộ các số hạng lẻ của trường tinh thể ΔE(n,l)là sự khác biệt năng lượng giữa 4f N và 4f N-1 nl 0 4 ( ) ( ' ') t t nl r f R nl r R n l dr ∞ < >= ∫ . Thành, Nguyễn Trọng Thành, Vũ Phi Tuyến, Phan Tiến Dũng, Bùi Thế Huy Viện Khoa học Vật liệu Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Nội dung •. > ∑ r : 1 if A τ = - Hệ số Anhstanh - Thời gian sống của mức kích thích Vấn đề là tính 2 f r i< > r Điều đó không đơn giản, thí dụ chuyển dời J-J’