nệmCcệC nệmCcệC
3.3.Giải thớch cơ chế phỏt quang của vật liệu Zn2SiO4:Mn2+
Quỏ trỡnh phỏt quang của ion Mn2+ cũng như cỏc ion kim loại chuyển tiếp được giải thớch trờn cơ sở giản đồ năng lượng của Tanabe – Sugano. Trong giản đồ này, cỏc thụng số trường tinh thể B, C và giỏ trị Dq được tớnh từ cỏc đỉnh kớch thớch dựa trờn lớ thuyết trường tinh thể [19]. Cỏc thụng số đú
54
được liệt kờ ở bảng 3.6. Trờn cơ sở cỏc thụng số trường tinh thể này, phổ kớch thớch và phổ phỏt quang thu được, giản đồ năng lượng Tanabe – Sugano của ion Mn2+ trong mạng nền Zn2SiO4 cựng với quỏ trỡnh hấp thụ và bức xạ của ion này được thể hiện trờn hỡnh 3.24.
Hỡnh 3.24: Cỏc chuyển dời của ion Mn2+ xỏc định theo giản đồ Tanabe - Sugano.
Khi pha ion Mn2+ vào mạng nền, ngoài sự tương tỏc giữa cỏc điện tử trong ion Mn2+ với nhau cũn cú sự tương tỏc của ion Mn2+ với mạng nền, gõy nờn cỏc dao động mạng. Để cú thể giải thớch cơ chế phỏt quang của vật liệu này một cỏch chớnh xỏc và chi tiết người ta phải sử dụng giản đồ tọa độ cấu hỡnh CCD. Tuy nhiờn, nếu bỏ qua cỏc chuyển dời phonon, thỡ thay vỡ biểu diễn cỏc mức năng lượng kớch thớch bằng cỏc đường parabol, người ta cú thể biểu diễn bằng cỏc đường thẳng nằm ngang như hỡnh 3.25.
Bảng 3.6: Giỏ trị năng lượng ứng với cỏc đỉnh kớch thớch và cỏc thụng số trường tinh thể của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+.
Cỏc chuyển dời Năng lượng (cm-1)
Thực nghiệm Tớnh toỏn [19] 6A1 - 4T1 (4G) 20393 20456 6A1 - 4T2 (4G) 23081 22648 6A1 - 4A1, 4E (4G) 23748 23740 6A1 - 4T2 (4D) 26335 ... 6A1 - 4E (4D) 28035 28090 Cỏc thụng số trường tinh thể Dq 622 B 3504 C 562
Như đó núi ở phần trờn, khi pha tạp ion Mn2+ vào nền Zn2SiO4 thỡ Mn2+
sẽ thay thế vào hai vị trớ của ion Zn2+ trong mạng do cú sự tương đồng về húa trị và bỏn kớnh ion. Cỏc kết quả thực nghiệm cho thấy, quỏ trỡnh kớch thớch của hai loại tõm Mn2+ này là giống nhau nhưng bức xạ của tõm Mn2+ ở vị trớ Zn2 dịch về phớa màu đỏ.
Hỡnh 3.25: Cơ chế phỏt quang của vật liệu Zn2SiO4: Mn2+.
Khi bị kớch thớch, cỏc electron từ trạng thỏi cơ bản 6A1 sẽ nhảy lờn định xứ ở mức năng lượng 4T1, 4T2, 4A2, 4T2 (4D), 4E. Bờn cạnh đú, cỏc mức năng lượng kớch thớch cao này nằm khỏ gần đỏy vựng dẫn nờn chỳng cú thể cú khả
năng nhảy lờn vựng dẫn do dao động nhiệt hoặc năng lượng kớch thớch đủ lớn. Vỡ lớ do đú mà cỏc tõm Mn2+ cú thể xảy ra quang ion húa [10], [15]. Quỏ trỡnh ion húa được biểu diễn như sau:
2 3
Mn ++hν →Mn ++e−
Từ cỏc mức năng lượng kớch thớch cao, cỏc điện tử cú khả năng dịch chuyển khụng bức xạ xuống mức năng lượng kớch thớch thấp nhất 4T1. Cỏc dịch chuyển này gọi là chuyển dời khụng bức xạ. Sau đú, điện tử sẽ đươc chuyển từ trạng thỏi kớch thớch 4T1 xuống trạng thỏi cơ bản 6A1, sinh ra bức xạ màu xanh lỏ cõy của ion Mn2+ tại bước súng 525 nm hoặc 545 nm, tương ứng với hai vị trớ khỏc nhau của ion Mn2+ trong mạng [10], [15], [20].