Hỡnh 1.20. Phổ và cỏc mức năng lượng của ion Co2+ trong trường tinh thể tứ diện ZnAl2O4. (a) Sự tỏch cỏc mức năng lượng tớnh cho trường yếu. (b) Phổ hấp thụ quan sỏt được đối với
mẫu đo ở 4,2 K. (c) cỏc dịch chuyển huỳnh quang quan sỏt được [26]. Giản đồ cỏc mức năng lượng của ion Co2+
trong trường tinh thể tứ diện ZnAl2O4 được nhúm tỏc giả Ferguson tớnh toỏn và đưa ra như hỡnh 1.20a [26]. Hỡnh 1.20b và 1.20c là phổ hấp thụ đo ở 4,2 K và cỏc dịch chuyển huỳnh quang đó được nhúm tỏc giả quan sỏt. So với vật liệu spinel pha tạp Cr3+, cỏc kết quả nghiờn cứu về tớnh chất quang huỳnh quang của vật liệu spinel pha tạp Co2+
trờn thế giới cũn ớt và ở Việt Nam thỡ hầu như chưa cú. Tổng kết cỏc kết quả nghiờn cứu về tớnh chất quang của ion Co2+
trong trường tinh thể tứ diện của vật liệu spinel núi chung cho thấy trong dải 600 - 800 nm, bản chất cỏc đỉnh huỳnh quang cũn chưa được thống nhất. Khi đo ở nhiệt độ phũng, cỏc nhúm nghiờn cứu thu được đỉnh huỳnh quang rộng với cực đại ở 660 nm đối với MgAl2O4:Co2+, ở 665 nm đối với Mg(GaAl)2O4:Co2+ và Mg(ZnAl)2O4:Co2+ [62], ở 690
nm đối với LiGa5O8:Co2+ [22], ở 670 nm đối với ZnGa2O4:Co2+ [10], ở 650 nm đối với ZnAl2O4:Co2+ (hỡnh 1.21) [18] và họ đều cho rằng đỉnh huỳnh quang này là do dịch chuyển 4
T1(4P)→4
A2(4F) của ion Co2+
trong trường tinh thể tứ diện tạo ra.
Hỡnh 1.21. Phổ huỳnh quang nhiệt độ phũng của ZnAl2O4: Co2+ [18].
Hỡnh 1.22. Phổ huỳnh quang nhiệt độ thấp của ZnAl2O4:Co2+ [58].
Tuy nhiờn, khi đo ở nhiệt độ thấp (4,5 K và 4,2 K), nhúm tỏc giả của Tanaka [58] và nhúm tỏc giả Ferguson [26] lại thu được cỏc vạch hẹp ở 635, 637, 645 và 663 nm đối với ZnAl2O4:Co2+ nờn họ cho rằng chỳng là vạch zero-phonon và cỏc sideband do chuyển dời điện tử từ trạng thỏi kớch thớch 2
E(2G) về trạng thỏi cơ bản 4A2(4F) (hỡnh 1.22 ).
Bờn cạnh đú, nhúm nghiờn cứu của Duan và cỏc cộng sự khi đo phổ huỳnh quang của cỏc mẫu SiO-Al2O3-ZnO:Co2+ và ZnAl2O4:Co2+ở nhiệt độ phũng nhận được cỏc đỉnh huỳnh quang ở 691, 714, 731 và 764 nm (đối với mẫu SiO-Al2O3-ZnO:Co2+) (hỡnh 1.23); cỏc đỉnh ở 530, 604 và 650 nm (đối với ZnAl2O4:Co2+) (hỡnh 1.24). Điều đỏng chỳ ý là nhúm nghiờn cứu này cho rằng tất cả cỏc đỉnh huỳnh quang nờu trờn đều do chuyển mức từ 2E→ 4
A2 từ cỏc ion Co2+ chiếm cỏc vị trớ khỏc nhau trong trường tinh thể tứ diện tạo ra [23, 24].
Cư ờng độ (đvt đ) Bước súng (nm) Cư ờng độ (đvt đ) Bước súng (Å)
Hỡnh 1.23. Phổ huỳnh quang của SiO2-Al2O3-ZnO:Co2+ ủ ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau [23].
Hỡnh 1.24. Phổ huỳnh quang kớch thớch tại 475 nm của tinh thể nano ZnAl2O4:Co2+ ủ ở 800oC [24].
Với mục đớch làm rừ bản chất cỏc đỉnh huỳnh quang của mẫu ZnAl2O4:Co2+ trong dải 600 - 800 nm, trong luận ỏn này chỳng tụi sẽ tiến hành tổng hợp vật liệu ZnAl2O4:Co2+ theo hai phương phỏp khỏc nhau: sol-gel và thủy nhiệt; nghiờn cứu chi tiết tớnh chất quang của mẫu, đặc biệt là sự thay đổi của huỳnh quang phụ thuộc vào bước súng kớch thớch và nhiệt độ đo. Ngoài ra, sự phụ thuộc của tớn hiệu huỳnh quang của ion Co2+
vào độ kết tinh, kớch thước tinh thể nền ZnAl2O4 cũng sẽ được chỳng tụi tiến hành khảo sỏt Bước súng (Å) Cư ờng độ (đvt đ) Cư ờng độ phỏ t x ạ (đvt đ) Cư ờng độ phỏ t x ạ (đvt đ) Bước súng (nm) Bước súng (nm)