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EPDA - Elektronische Publikationen Darmstadt


Autor: Demirbilek, Riza
Titel:Spektroskopische Untersuchungen am CsCdBr3
Dissertation:TU Darmstadt, Fachbereich Physik, 2002

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DateinameInhaltFormatGröße (Byte) Kommentar
Deckblatt.pdf 20592
Inhaltsverzeichnis.pdf 34351
Kapitel1.pdf Einführung 56482
Kapitel2.pdf Die Struktur des Wirtskristalls und die Dotierung 46341
Kapitel3.pdf Experimentelles 45752
Kapitel4.pdf Emissionsspektren von CsCdBr3 bei Röntgenanregung 1744727
Kapitel5.pdf Thermolumineszenz 1055059
Kapitel6.pdf Ladungstransferzustände und 4f-5d-Übergänge 416306
Kapitel7.pdf Das spektroskopische Bild des CsCdBr3 2834949
Kapitel8.pdf Zusammenfassung und Übersicht 99258
Anhang.pdf 5902
Danksagung.pdf 4486
Bildungsweg.pdf 10788
Erklärung.pdf 14698

Abstract auf Deutsch:


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.


Abstract auf Englisch:

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.

Abstract auf Türkisch:

CsCdBr3 iyon-iyon etkileşimi ve kooperatif olayların incelenmesi için ilginç bir kristaldir. Kristal örgüsü, yüzeylerinden yapışık [CdBr6]4- oktahedralardan oluşan zincirler ve bu zincirleri bir arada tutan ve bunalara paralel olan Cs-zincirlerinden meydana gelmektedir. Cd-Br bağının kovalent olması nedeniyle [CdBr6]4- oktahedraları bir molekül kompleksi olarak da ele alınabilir. Katkı iyonları olan üç değerlikli nadir toprak elementleri iyonları (NT3+) Cd2+ iyonları yerine geçerler. Gerekli olan elektriksel yük dengesi nedeniyle Cd-zincirleri boyunca NT3+ -(Cd2+-boşluğu) - NT3+ şeklinde iyon çiftleri yapılanır. NT3+ iyonları için bu kristalde optik uyarmanın hızlı ışınımsız durulmalar ve kooperatif yüksek konversiyon gözlenmiştir. Kristalin maximum fonon enerjisinin (~180 cm-1) düşük olması, değinilen bu olayların ancak kristal örgünün elektronik enerji durumları aracılığı ile olabileceğini gösterir. Bu çalışmada NT3+ katkılandırılmış ve katkılandırılmamış CsCdBr3 kristalinin optik spektroskopik incelemelerinin sonuçları gösterilmiş ve tartışılmıştır. Örgünün elektronik enerji durumları hakkında ilk bilgiler için X-ışınları uyarması ile elde edilen floresansa bakıldı. Üç ışıma bandı gözlendi: UV (~26700 cm-1), sarı (~17800 cm-1) ve kırmızı (~13500 cm-1) band. Floresansın sıcaklığa bağlılığı incelemesi sonucunda floresans sönümünün aktivasyon enejisi UV bandı için ~380 cm-1 ve kırmızı band için de ~560 cm-1 olarak bulundu. NT3+ katkılandırılan kristallerde ~70 K den itibaren ~110 K’e yükselen sıcaklıkla NT3+ ışımalarının şiddeti de yaklaşık 110 K kadar artmaktadır. Bu örgüden NT3+ iyonlarına termik olarak aktiflenen bir enerji aktarımına işarettir. İncelenen kristalin tam bir spektroskopik resmi elde edilen emisyon bandların uyarı spektrumlarının laser ve Xe-lambası aracılığı ile incelenmesi sonucu elde edildi. Bu incelemelerle elde edilen emisyon ve uyarı bandları [CdBr6]4- kompleksinin molekül orbitalleri arasındaki optik geçişlerine denklendirildi. Örgü hatalarının ve exsitonların NT3+ enerji durumlarının uyarılmasına etkisini incelemek için termoluminesans deneyleri yapıldı. 4,2 K de X ışınları ile uyarılan kristal 90 K civarında bir tek dominant luminesans bandı göstermektedir. Başlangıç eğimi ve isotermik durulma yöntemleri ile TL in aktivasyon enerjisi ~1850 cm-1 olarak saptandı. Katkılandırılmış yada pek saf olmayan kristallerde bu ana TL bandına ek olarak yeginligi düsük başka bandlar da gözlendi. Bazı NT3+ lerin CsCdBr3 deki yük aktarımı ve 4f-5d geçişleri spektrumları da incelendi ve ayrıştırıldı. Bizim deney sonuçları ve literatürden elde edilen sonuçlarla birlikte bütün nadir toprak serisinin yük aktarımı ve 4f-5d geçişlerinin enerjileri belirlendi.

Dokument aufgenommen :2002-05-31
URL:http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000216