LiNbO3:Er3+晶體的配位場能級計算

李彩云，王永明，范英芳

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

稀土離子摻雜的上轉換發光材料可用于紅外探測器件、生物分子的熒光標記和防偽等諸多方面，因而受到了人們廣泛的關注[1～3]。具有鈣鈦礦結構的LiNbO3晶體由于具有優良的離子傳導、光折射和催化等性能，常被選作上轉換發光材料的基質材料[4]，而稀土離子常作為上轉換發光材料的重要發光元素，其中Er3+具有豐富的能級結構，是最理想的激發和敏化元素。國內外學者已在Er3+摻雜基質晶體發光方面做了大量的研究工作[5～7]，但關于Er3+摻雜晶體的理論研究卻很少。

作者運用配位場理論模型對Er3+摻雜的LiNbO3晶體中的48個配位場能級進行了理論計算，以期為實驗研究提供一定的理論指導。

1 LiNbO3晶體結構和配位單元的坐標選取

●.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LiNbO3晶胞，其晶胞參數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Er3+摻雜到LiNbO3晶體中時，它進入晶體中的Li+和Nb5+位點。在LiNbO3基質中，Er3+處于C3對稱場中，但其偏離C3v的程度較小[9]。由此，計算中采取C3v對稱場，以Li+所在位點為坐標原點，Z軸通過三重主軸C3，X、Y軸垂直Z軸并且通過σv平面。

2 配位場能級計算

表1 LiNbO3:Er3+晶體的配位場參數/cm-1

3 結果與討論

通過對LiNbO3晶體中Er3+的48個能級進行計算，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+晶體的配位場能級/cm-1

4 結論

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