LiNbO3:Er3+晶體的配位場(chǎng)能級(jí)計(jì)算

李彩云，王永明，范英芳

(1．武警學(xué)院基礎(chǔ)部，河北 廊坊065000；2．山西大學(xué) 分子科學(xué)研究所，山西 太原 030006)

稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可用于紅外探測(cè)器件、生物分子的熒光標(biāo)記和防偽等諸多方面，因而受到了人們廣泛的關(guān)注[1～3]。具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LiNbO3晶體由于具有優(yōu)良的離子傳導(dǎo)、光折射和催化等性能，常被選作上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的基質(zhì)材料[4]，而稀土離子常作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的重要發(fā)光元素，其中Er3+具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu)，是最理想的激發(fā)和敏化元素。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已在Er3+摻雜基質(zhì)晶體發(fā)光方面做了大量的研究工作[5～7]，但關(guān)于Er3+摻雜晶體的理論研究卻很少。

作者運(yùn)用配位場(chǎng)理論模型對(duì)Er3+摻雜的LiNbO3晶體中的48個(gè)配位場(chǎng)能級(jí)進(jìn)行了理論計(jì)算，以期為實(shí)驗(yàn)研究提供一定的理論指導(dǎo)。

1 LiNbO3晶體結(jié)構(gòu)和配位單元的坐標(biāo)選取

●.配位氧原子 △.四面體空隙全空□.八面體空隙部分空 ○. Nb5+填充 ○. Li+填充

LiNbO3晶體屬于R3c空間群，圖1為L(zhǎng)iNbO3晶胞，其晶胞參數(shù)a=0.5148nm、c=1.3863nm[8]。其中的氧原子形成了四面體和八面體空隙，四面體空隙全空，而2/3的八面體空隙填充有Li+和Nb5+。陽(yáng)離子到最近O平面的距離分別是：Nb-O0.1889nm和0.2112nm；Li-O0.2068nm和0.2238nm。當(dāng)Er3+摻雜到LiNbO3晶體中時(shí)，它進(jìn)入晶體中的Li+和Nb5+位點(diǎn)。在LiNbO3基質(zhì)中，Er3+處于C3對(duì)稱場(chǎng)中，但其偏離C3v的程度較小[9]。由此，計(jì)算中采取C3v對(duì)稱場(chǎng)，以Li+所在位點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸通過(guò)三重主軸C3，X、Y軸垂直Z軸并且通過(guò)σv平面。

2 配位場(chǎng)能級(jí)計(jì)算

表1 LiNbO3:Er3+晶體的配位場(chǎng)參數(shù)/cm-1

3 結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)LiNbO3晶體中Er3+的48個(gè)能級(jí)進(jìn)行計(jì)算，得到DSCPCF模型的均方根偏差為37.42 cm-1，而PCF模型的均方根偏差為39.84 cm-1。

表2 LiNbO3:Er3+晶體的配位場(chǎng)能級(jí)/cm-1

4 結(jié)論

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