Khảo sát cấu trúc và tính chất quang của đơn tinh thể K2YF5 pha tạp Eu3+

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI VĂN DUY

KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG

CỦA ĐƠN TINH THỂ K2YF5 PHA TẠP Eu3+

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

THÁI NGUYÊN - 2022

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI VĂN DUY

KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG

CỦA ĐƠN TINH THỂ K2YF5 PHA TẠP Eu3+

Chuyên ngành: Quang học

Mã số: 8440110

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN VĂN ĐỘ

THÁI NGUYÊN - 2022

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Thầy

PGS.TS. Phan Văn Độ đã tận tình hướng dẫn và truyền cho tôi những kiến

thức, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học để hoàn thành bản luận văn này.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến các cô, các thầy thuộc Khoa Vật lý và

Công nghệ - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, đã truyền đạt

những kiến thức bổ ích cho tôi trong suốt hai năm qua để giúp tôi hoàn thành

khóa học.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu và các đồng nghiệp Trường

THPT Mê Linh, Tỉnh Thái Bình, nơi tôi công tác đã tạo điều kiện thuận lợi để

tôi được tham gia khóa học và hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 11 tháng 7 năm 2022

Học viên

Bùi Văn Duy

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ i

MỤC LỤC ....................................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................... iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN.................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN....................................................... vi

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN....................................................viii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT.................................................................... ix

MỞ ĐẦU...................................................................................................................... 1

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT............................................................... 3

1.1. Tổng quan về vật liệu đơn tinh thể K2LnF5 ........................................................... 3

1.1.1. Đặc điểm quang học của tinh thể florua pha tạp đất hiếm.................................. 3

1.1.2. Đơn tinh thể K2LnF5 ........................................................................................... 4

1.2. Đặc điểm quang phổ của ion Eu3+

.........................................................................7

1.2.1. Quang phổ của ion đất hiếm hóa trị ba ...............................................................7

1.2.2. Các mức năng lượng trong ion đất hiếm hóa trị 3 .............................................. 8

1.2.3. Đặc điểm quang phổ của ion Eu3+

......................................................................9

1.3. Nghiên cứu quang phổ của RE3+ theo lý thuyết Judd-Ofelt ................................ 13

1.4. Tổng quan các nghiên cứu về đơn tinh thể K2LnF5:RE3+

.................................... 15

CHƢƠNG II. CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM...................................... 17

2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu đơn tinh thể K2YF5:Eu3+

....................................... 17

2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất vật lý và cấu trúc vật liệu............................. 18

2.2.1. Đo chiết suất vật liệu ........................................................................................ 18

2.2.2. Phương pháp giản đồ nhiễu xạ tia X................................................................. 19

2.2.3. Phổ tán xạ Raman ............................................................................................. 20

2.3. Phương pháp nghiên cứu tính chất quang............................................................ 21

2.3.1. Phương pháp phổ quang huỳnh quang và kích thích huỳnh quang..................21

2.3.2. Đo thời gian sống của mức kích thích ..............................................................22

CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA

ĐƠN TINH THỂ K2YF5 PHA TẠP Eu3+

....................................................... 24

3.1. Kết quả chế tạo và nghiên cứu cấu trúc vật liệu .................................................. 24

3.1.1. Kết quả chế tạo và nghiên cứu tính chất vật lý của vật liệu ............................. 24

iii

3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X ...................................................................................... 25

3.1.3. Phổ tán xạ Raman ............................................................................................. 27

3.2. Nghiên cứu tính chất quang phổ của tinh thể K2YF5:Eu3+

.................................. 28

3.2.1. Phổ kích thích của Eu3+ trong đơn tinh thể K2YF5:Eu3+

................................... 28

3.2.2. Phổ huỳnh quang của Eu3+ trong đơn tinh thể K2YF5:Eu3+

.............................. 32

3.2.3. Giản đồ các mức năng lượng của Eu3+ trong K2YF5:Eu3+

................................ 36

3.3. Tính các thông số phát xạ của K2YF5:Eu3+

.......................................................... 38

3.3.1. Tính các thông số cường độ Ωλ ........................................................................ 38

3.3.2. Tính thông số phát xạ của của đơn tinh thể K2YF5:Eu3+

..................................39

3.4. Truyền năng lượng trong đơn tinh thể K2YF5: Eu3+

............................................ 41

3.4.1. Các kênh truyền năng lượng trong K2YF5: Eu3+

............................................... 41

3.4.2. Xác suất truyền năng lượng trong K2YF5:Eu3+

................................................. 44

KẾT LUẬN................................................................................................................ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 48

iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

Đ.v.t.đ - Đơn vị tương đối

ED Electric dipole Lưỡng cực điện

EM Energy migration Di trú năng lượng

IR Infrared Hồng ngoại

JO Judd-Ofelt Judd-Ofelt

MD Magnetic dipole Lưỡng cực từ

Vis Visible Khả kiến

RE3+ Trivalent rare earth ions Ion đất hiếm hóa trị 3

VUV Vacuum ultraviolet Tử ngoại chân không

UV Ultraviolet Tử ngoại

PL Photoluminescence Huỳnh quang

PLE Photoluminescence excitation Kích thích huỳnh quang