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Spektroskopische Untersuchungen am CsCdBr3

Demirbilek, Riza :
Spektroskopische Untersuchungen am CsCdBr3.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

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Einführung - PDF
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Die Struktur des Wirtskristalls und die Dotierung - PDF
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Experimentelles - PDF
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Emissionsspektren von CsCdBr3 bei Röntgenanregung - PDF
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Thermolumineszenz - PDF
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Ladungstransferzustände und 4f-5d-Übergänge - PDF
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Das spektroskopische Bild des CsCdBr3 - PDF
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Zusammenfassung und Übersicht - PDF
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Spektroskopische Untersuchungen am CsCdBr3
Language: German
Abstract:

CsCdBr3 ist ein interessanter Wirtskristall zur Erforschung der Ion-Ion-Wechselwirkung und kooperativer Effekte zwischen Selten-Erd-Ionen (SE3+). Das Kristallgitter besteht aus Ketten flächenverknüpfter [CdBr6]4- -Oktaeder, die durch parallele Cs+-Ionenketten zusammengehalten werden. Die [CdBr6]4- -Oktaeder können wegen der kovalenten Eigenschaft der Cd-Br-Bindung als Molkülkomplex betrachtet werden. Die dotierten dreiwertigen SE3+ ersetzen die Cd2+ -Ionen und bilden wegen der notwendigen Ladungskompensation hauptsächlich SE3+ – (Cd2+-Leerstelle) – SE3+ -Paare entlang der Cd-Kette. Für die SE3+ sind in diesem Kristall schnelle strahlungslose Relaxationen der optischen Anregungen und kooperative Hochkonversion nachgewiesen worden. Wegen seiner niedrigen maximalen Phononenfrequenz (~180 cm-1) sind Multiphononrelaxationen selten, was zur Folge hat, dass diese Relaxationsprozesse über größere Energielücken hauptsächlich über elektronische Anregungszustände des Gitters ablaufen. In dieser Arbeit werden Ergebnisse optisch-spektroskopischer Untersuchungen an undotiertem und SE-dotiertem CsCdBr3 dargestellt und diskutiert. Um erste Informationen über die angeregten elektronischen Gitterzustände des Kristalls zu erhalten, wurde breitbandige Röntgenanregung der Fluoreszenz angewendet. Wir erhielten drei Emissionsbanden: die UV (~26700 cm-1), die gelbe (~17800 cm-1) und die rote (~13500 cm-1) Bande. Die Temperaturabhängigkeit der Fluoreszenz ergab eine Aktivierungsenergie der Fluoreszenzlöschung von ~380 cm-1 für die UV und ~560 cm-1 für die rote Bande. Bei SE3+ dotierten Kristallen nimmt die SE3+ -Emissionsintensität im Bereich von ~70 K bis ~110 K mit steigender Temperatur zu. Dies ist ein Indikator für einen thermisch aktivierten Energietransfer vom Gitter zu den SE3+ -Ionen. Ein vollständiges spektroskopisches Bild des untersuchten Kristalls wurde durch Anregungsspektren auf den gefundenen Emissionsbanden mit Laser und Xe-Lampe erhalten. Die so nachgewiesenen Anregungs- und Emissionsbanden des Wirtskristalls wurden optischen Übergängen zwischen Molkülorbitalen des [CdBr6]4- -Komplexes zugeordnet. Um den Einfluß von Gitterdefekten und Exzitonen auf die Anregung der SE3+ -Zustände zu untersuchen, wurden Thermolumineszenz (TL)-Experimente durchgeführt. Nach der Röntgenanregung bei 4,2 K besteht das TL-Spektrum des CsCdBr3 hauptsächlich aus einem dominanten Peak um 90 K. Aus der Anfangsanstiegs- und der isothermen Abklingmethode wurde die Aktivierungsenergie (~1850 cm-1) der Thermolumineszenz ermittelt. In dotierten bzw. verunreinigten Kristallen kommen zusätzliche charakteristische TL-Peaks vor. Wir untersuchten und deuteten die Ladungstransfer- und 4f-5d-Übergänge einiger SE3+ im CsCdBr3. Aus unseren Meßergebnissen und veröffentlichten Daten sind die Energien dieser Übergänge für die ganze SE3+ -Serie abgeschätzt worden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
CsCdBr3 is an interesting host crystal for rare earth ions to studying ion-ion interactions and cooperative effects. The crystal lattice consists of chains of face sharing [CdBr6]4- octahedra. They are connected by parallel chains of Cs+ ions. Due to the covalence property of the Cd-Br bond, the [CdBr6]4- octahedron can be considered as molecular complex. The incorporated triply charged rare-earth (RE3+) ions substitute for the Cd2+ ions. They form dominantly RE3+-(Cd2+-vacancy)-RE3+ pairs along the Cd2+ chains due to the necessary charge compensation. In RE3+:CsCdBr3 fast non-radiative relaxations of optical excitations and cooperative up-conversion luminescence are observed. Due to the low maximum phonon frequency of the crystal lattice (~180 cm-1), multiphonon relaxation rates are low. Relaxation processes over larger energy gaps occur mostly via electronic excited states of the host lattice. In the given thesis the results of optical spectroscopy on undoped and RE doped CsCdBr3 crystals are presented and discussed. To obtain first information on the electronic excited states of the lattice, broadband x-ray excitation of luminescence was used. We detected three emission bands: the UV (~26700 cm-1), the yellow (~17800 cm-1), and the red band (~13500 cm-1). The temperature behavior of these emissions was investigated. The activation energy of luminescence quenching was determined as 380 cm-1 and 560 cm-1 for the UV and red emission band, respectively. For the doped crystals in the interval between ~70 K and ~110 K, the intensity of the RE3+ emission increases with rising temperature indicating a thermally activated energy transfer from the lattice to the RE3+ ions. The complete energy level diagram of the electronic states of the lattice was obtained from the excitation spectra of the fluorescence bands by laser and Xe lamp. All observed excitation and emission bands of the crystal could be related to transitions between molecular orbitals of the [CdBr6]4- complex. The influence of lattice imperfections and excitons on the population of RE3+ states was investigated by thermoluminescence (TL) experiments. After x-ray excitation at 4,2 K the TL spectrum of CsCdBr3 consists of one dominant peak at about 90 K. From the initial rise of the TL peak and from isothermal relaxation we determined the activation energy (~1850 cm-1) of the corresponding electron trap. In less perfect crystals additional TL peaks related to the lattice defects were observed. We also studied and analysed the charge transfer and 4f-5d transitions of different trivalent RE ions incorporated in the lattice. From our experimental results and published data the energies of these transitions in CsCdBr3 were estimated for the complete series of RE3+ ions.English
Uncontrolled Keywords: CsCdBr3, fluorescence quenching,thermoluminescence,emission bands of CsCdBr3, excitation bands of CsCdBr3, [CdBr6]-complex, molecule orbitals, energy level diagram of CsCdBr3, fd-transitions
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
CsCdBr3, fluorescence quenching,thermoluminescence,emission bands of CsCdBr3, excitation bands of CsCdBr3, [CdBr6]-complex, molecule orbitals, energy level diagram of CsCdBr3, fd-transitionsEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000216
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2162
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Johann, Prof. Dr. Heber and Wolfgang, Prof. Dr. Elsaesser
Advisors: Johann, Prof. Dr. Heber
Refereed: 24 April 2002
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/216
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