Cấu trỳc điện tử của ion đất hiếm cú dạng 4fn5s25p6. Với cấu trỳc này, cỏc peak bởi chuyển mức f-f được quan sỏt bằng phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang. Núi chung, sự phỏt xạ của cỏc ion đất hiếm pha tạp trong cỏc nanụ tinh thể bỏn dẫn thể hiện cỏc vạch phổ cố định mà được xỏc định bởi cỏc cấu trỳc điện tử của cỏc ion đất hiếm và hầu hết khụng phụ thuộc vào vật liệu nền. Tuy nhiờn, bề rộng và cường độ tương đối của cỏc peak này thường phụ thuộc vào tớnh đối xứng của mạng nền.
Khi pha tạp Eu3+ vào ZnO thỡ cỏc đỉnh phỏt xạ đặc trưng ứng với cỏc chuyển mức của ion Eu3+ là lớn hơn rất nhiều so với sự phỏt xạ do cỏc nỳt khuyết oxy và do sai hỏng trong mạng nền gõy ra.
Khi được pha tạp vào trong mạng nền ZnO, cỏc ion Eu3+ cú thể chiếm lĩnh cỏc vị trớ thay thế của cỏc ion Zn2+ khiến cho cỏc chuyển dịch 5D0→7F1 và 5D0→7F2 được cho phộp. Chuyển mức 5D0- 7F2 ở bước súng 613 nm là chuyển mức lưỡng cực điện và bị ảnh hưởng bởi cỏc liờn kết húa học ở cỏc vựng xung quanh Eu3+. Trong khi đú, chuyển mức 5D0 → 7F1 ởbước súng 590 nm là chuyển mức lưỡng cực từ và ớt bị biến đổi bởi cường độ trường tinh thể xung quanh cỏc ion Eu3+. Để đặc trưng cho
tớnh đối xứng tinh thể trong mạng nền người ta sử dụng chỉ số bất đối xứng, đú là tỉ số giữa cường độ huỳnh quang của chuyển mức lưỡng cực điện 5D0 → 7F2 và chuyển mức lưỡng cực từ 5D0 → 7F1.
Ngoài ra cỏc ion Eu3+ cú thể chiếm lĩnh cỏc vị trớ hổng với tớnh đối xứng địa phương thấp hơn nhiều trong mạng nền ZnO, dẫn đến chuyển mức 5D0 → 7F0 [19]. Cỏc ion Eu3+ cũng cú thể nằm trờn bề mặt của cỏc hạt nano ZnO.
Cỏc nghiờn cứu về sự ảnh hưởng của cỏc hạt nano tinh thể ZnO lờn sự phỏt xạ của cỏc ion Eu3+ trong mạng nền silica đó cho thấy phỏt xạ đặc trưng của cỏc ion Eu3+ ở bước súng 613 nm được tăng cường với sự cú mặt của cỏc hạt nano ZnO thụng qua cỏc trạng thỏi bề mặt [12]. Cỏc kết quả thực nghiệm trong chương 3 sẽ làm rừ hơn về cơ chế này.
Hỡnh 1.14 Cơ chế truyền năng lượng từ ZnO sang Eu3+