Potentiel detektor for ekstrem tilstandshistorie - genvindelig PL opnået i pyrochlor

Fotoluminescens (PL) er lysemission fra et stof efter absorption af fotoner stimuleret af temperatur, elektricitet, tryk, eller kemi-doping. Et internationalt hold af forskere ledet af Dr. Wenge Yang fra Center for High Pressure Science &Technology Advanced Research (HPSTAR) præsenterer en stærk tricolor PL opnået i ikke-PL pyrochlor Ho ₂ Sn ₂ O ₇ gennem højtryksbehandling. Interessant nok kan PL forbedres meget efter trykudløsning og gendannes til omgivende forhold. Deres undersøgelse er offentliggjort i det seneste nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Fotoluminescensmaterialer er meget udbredt inden for biokemi og medicin, som kan bruges som lasere, etiketter og sensorer til bekæmpelse af forfalskning. Sjælden jordarters pyrochlor har tiltrukket sig stor opmærksomhed for dets potentielle optiske egenskaber, stabil struktur og kemiske egenskaber. Pyrochlors luminescenskarakter kommer hovedsageligt fra sjældne jordarters ioner. Det har potentiale til anvendelse under ekstreme forhold, fordi emissionen af ​​pyrochlor er ufølsom over for det ydre miljø.

"Tryk er blevet meget brugt som et unikt værktøj til at justere PL-egenskaberne af materialer, såsom hybride perovskites", sagde Dr. Wenge Yang. "Så hvad vil der ske for at lægge pres på de ikke-PL materialer som den strukturelle stabile pyrochlor Ho ₂ Sn ₂ O ₇ , et typisk materiale, der anvendes i atomreaktor eller immobilisering af affald."

Når Ho ₂ Sn ₂ O ₇ er komprimeret over ~31 GPa, den ikke-PL Ho ₂ Sn ₂ O ₇ viser tricolor PL, spænder fra grønt til rødt til nær infrarødt område med grøn PL dominerer. Mere interessant, trikoloar PL er ikke kun bibeholdt, men også i høj grad forbedret (to gange forstærket i grøn og nær infrarød PL og fire gange i rød PL) og med rød PL dominerende efter trykdæmpning. Som reference, den genvundne Ho ₂ Sn ₂ O ₇ med trykbehandlet under 31 GPa viser ingen PL overhovedet.

"Faktisk har tryk induceret PL i en masse materialer, dog vil den trykinducerede PL i de fleste materialer forsvinde efter trykudløsning, " sagde Dr. Yongsheng Zhao, den ledende forfatter af undersøgelsen. "Den trefarvede PL i Ho ₂ Sn ₂ O ₇ kan gendannes til omgivende tilstand, og i høj grad forbedring med trykudløsning er virkelig spændende adfærd, da disse materialer kan have potentiel anvendelse for tryktærskelsensoren på den ekstreme tilstandshistorie."

Hvad gør så den farverige PL i den komprimerede Ho ₂ Sn ₂ O ₇ ?

For yderligere at undersøge den unikke PL induceret i Ho ₂ Sn ₂ O ₇ , holdet udførte røntgendiffraktion og røntgenabsorptionsmålinger for at spore strukturerne under kompression i prøven. Røntgendiffraktionerne viser, at ved det tryk, hvor PL opstod, prøven gennemgik også en krystalstrukturtransformation. Og ved dekompression, materialet ændrede sig til amorf tilstand.

"Vores yderligere analyse af krystal og elektronisk struktur afslørede, at den centrosymmetriske sitesymmetri af Ho ³⁺ ændring til ikke-centrosymmetrisk under strukturel ændring ved højt tryk, " forklarede Dr. Yongsheng Zhao. "Dette forbedrede hybridiseringen af ​​Ho ³⁺ elektronorbitaler og bringer dermed fremkomsten af ​​tricolor PL. Og den forbedrede PL i amorf tilstand kommer fra energiudvekslingen mellem de to Ho ³⁺ , som stimulerer endnu et emissionscenter i den bratkølede prøve."

"Vores undersøgelse fremhæver trykeffekten på den lokale ionstedssymmetri, som i vid udstrækning drejer og gør det nye emissionscenter muligt fra traditionelt mindre end 1 % dopingniveau af RE-ionmaterialer til et almindeligt sted RE (18 % i dette tilfælde). Det nye fysikprincip kan potentielt bruges til mange andre typer systemer, " tilføjede Dr. Yang.