Phổ huỳnh quang (PL) và kích thích huỳnh quang (PLE) của vật

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

3.4.1. Phổ huỳnh quang (PL) và kích thích huỳnh quang (PLE) của vật

3.4.1. Phổ huỳnh quang (PL) và kích thích huỳnh quang (PLE) của vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+ Al2O3 pha tạp Cr3+

Phổ huỳnh quang kích thích ở bƣớc sóng 405 nm của vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6%Cr3+ chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa và ủ nhiệt tại 1400 C trong môi trƣờng không khí đƣợc trình bày trên Hình 3.3. Dễ dàng nhận thấy rằng phổ huỳnh quang của vật liệu cho phát xạ trong vùng đỏ tại cực đại 695 nm (đỉnh R). Các đỉnh phát xạ với cƣờng độ yếu hơn đƣợc quan sát tại các bƣớc sóng 660, 670, 702, 714 và 772 nm (xem Hình 3.3). Nguồn gốc đỉnh phát xạ 695 nm là do sự dịch chuyển điện tử từ 2Eg4

A2g của ion Cr3+ gây ra (dịch chuyển zero-phonon) [6][24][25]. Trong khi các đỉnh phát xạ cƣờng độ yếu hơn (660, 670, 702, 714 và 772 nm) đƣợc lý giải liên quan đến chuyển dịch điện tử của phonon lân cận (phonon-sidebands) [29].

Hình 3. 3. Phổ huỳnh quang kích thích tại 405nm của vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6%Cr3+ chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa và ủ nhiệt tại 1400 oC với thời gian

2 giờ trong môi trƣờng không khí

Hình 3.4 là kết quả nhận đƣợc của phổ kích thích huỳnh quang đo tại bƣớc sóng 695 nm của vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6%Cr3+

. Phổ PLE trên hình 3.4 chỉ ra rằng vật liệu hấp thụ mạnh tại hai vùng xung quanh bƣớc sóng ~405 nm và 560 nm. Trong đó, cƣờng độ hấp thụ ở vùng bƣớc sóng ngắn mạnh hơn và kết quả này cũng khá phù hợp với các công bố gần đây [25,29,30]. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, vùng hấp thụ ở bƣớc sóng ngắn (405 nm) có nguyên nhân từ chuyển mức 4A2g(4F) → 4T1g(4F) và vùng hấp thụ ở bƣớc sóng dài hơn (560 nm) liên quan đến sự dịch chuyển điện tử từ 4

A2g(4F) → 4T2g(4F) của ion Cr3+ trong mạng tinh thể α– Al2O3 [6][24][25]. Các dịch chuyển này thƣờng đƣợc gọi là chuyển dời của spin cho phép. Một số công bố còn chỉ ra chuyển dời spin cấm 4A2g (F) → 4T2g(G) ứng với bƣớc sóng hấp thụ 470 nm

Hình 3. 4. Phổ kích thích huỳnh quang của mẫu Al2O3:Cr3+0,6% ủ ở 1200 oC với thời gian 2 giờ trong môi trƣờng không khí

Cƣờng độ tƣơng tác của ion Cr3+

(cấu hình điện tử lớp d3 chƣa bị điền đầy) trong trƣờng tinh thể đƣợc đặc trƣng bởi hai thông số: (i) trƣờng tinh thể Dq và (ii) hệ số Racah B. Trong đó Dq đƣợc xác định theo đơn vị năng lƣợng theo công thức (3.2)

( )

Với E(4A2g4

T2g) là năng lƣợng chuyển dời kích thích 4

A2g4 T2g Giá trị hệ số Racah B xác định theo công thức (3.3)

( ) ( )

Và E(4A2g4T1g) là năng lƣợng chuyển dời kích thích 4A2g4 T1g

Trên cơ sở phổ kích thích huỳnh quang Hình 3.4, các giá trị thông số trƣờng tinh thể Dq, B và Dq/B đƣợc xác định và trình bày trong Bảng 3.2. Từ Bảng 3.2 cho thấy các ion Cr3+ trong mạng nền Al2O3 chịu tác dụng của trƣờng tinh thể mạnh (Dq/B>2,3). Dựa vào giản đồ Tanabe-Sugano [15][31], chúng tôi có thể giải thích đƣợc nguồn gốc của các đỉnh hấp thụ và phát xạ nhƣ đã đƣợc thảo luận ở phía trên.

Bảng 3.2. Các thông số trƣờng tinh thể của vật liệu Al2O3:Cr3+

Thông số E(4A2 → 4T2) (cm-1) E(4A2 →4 T1) (cm-1) Dq (cm-1) x B (cm-1) Dq/B Giá trị 17857 24691 1785,7 3,82 674,04 2,64

Dựa vào phổ kích thích huỳnh quang, chúng tôi đo lại phổ huỳnh quang ứng với hai bƣớc sóng kích thích khác nhau 405 nm và 560 nm và kết quả đƣợc trình bày trên Hình 3.5. Có thể thấy rằng, phổ huỳnh quang ứng với hai bƣớc sóng kích thích khác nhau có hình dạng gần nhƣ không thay đổi, tuy nhiên cƣờng độ khác nhau rõ rệt. Kết quả cho thấy cƣờng độ huỳnh quang kích thích tại 405 nm lớn hơn cỡ 1,4 lần so với kích thích tại 560 nm. Điều này cũng khá phù hợp với phổ PLE trên Hình 3.4.

Hinh 3. 5. Phổ huỳnh quang ứng với hai bƣớc sóng kích thích khá nhau 405 nm và 560 nm của vật liệu Al2O3 pha tạp 0,6% Cr3+ chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa

và ủ nhiệt tại 1400 oC với thời gian 2 giờ trong môi trƣờng không khí.

3.4.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ủ mẫu lên tính chất quang của vật liệu Al2O3 pha tạp Cr3+