NGUYỄN THỊ THÙY LINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Nguyễn Thị Thùy Linh

NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT
HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANƠ SnO2:Eu3+
R

R

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
KHĨA ITIMS - 2009
KHỐ ITIMS-2009
HÀ NỘI - 2011

P


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Nguyến Thị Thùy Linh

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT
HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANƠ SnO2:Eu3+

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
KHĨA ITIMS - 2009

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN NGỌC KHIÊM


Lời cảm ơn
Để hồn thành luận văn, tơi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các
thầy, các anh chị và các bạn.
Tôi xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của TS. Trần Ngọc
Khiêm là thầy giáo hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Thầy đã
nhiệt tình chỉ bảo từ khi tơi bắt đầu tham khảo tài liệu, tiến hành thực
nghiệm đến việc viết luận văn.
Xin cảm ơn các anh chị trong nhóm đã truyền đạt kinh nghiệm và
giúp tơi trong việc tìm tại liệu cũng như giải quyết các vấn đề thực
nghiệm.
Cảm ơn ban lãnh đạo cũng như toàn bộ nhân viên của Viện ITIMS đã
tạo điều kiện về trang thiết bị cũng như thời gian ngồi hành chính để
tơi có thể hồn thành sớm phần thực nghiệm.
Cảm ơn các bạn trong lớp đã đoàn kết, giúp đỡ và cung cấp thông
tin học tập cũng như tài liệu khi tôi ở xa nơi học.
Cảm ơn những người thân, gia đình đã giúp đỡ về mặt tinh thần để
tơi có thể đi đến đích và hồn thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ.
Tác giả
NGUYỄN THỊ THÙY LINH



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU
NANO SnO 2 : Eu3+
R

R

P

Tác giả luận văn : Nguyến Thị Thùy Linh
Khóa : ITIMS 2009- 2011
Người hướng dẫn khoa học : TS. Trần Ngọc Khiêm
Nội dung tóm tắt :
Thế kỷ 21 là thế kỷ của các ngàng công nghệ mũi nhọn như công nghệ sinh học,
công nghệ thông tin và công nghệ chế tạo vật liệu mới trong đó chế tạo vật liệu
quang và quang tử là một thử thách hấp dẫn đối với các nhà khoa học.
Trong công nghệ chế tạo vật liệu quang và quang tử thường sử dụng các oxít của
nguyên tố nhóm III và nhóm IV như SiO 2 , Al2 O 3 , TiO 2 ...Trong đó SnO 2 là vật liệu
R

R

R

R

R

R


R

R

R

R

bán dẫn loại n với vùng cấm rộng (E g = 3,6 eV ở 300 K) được ứng dụng rộng rãi
R

R

trong lĩnh vực quang điện tử.
Nguyên tố đất hiếm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng
dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiện như dẫn sóng quang, lọc quang,
khuếch đại quang,... . Ion Eu3+ có mức năng lượng điện tử tự do, Eu3+ khi pha tạp
P

P

P

P

vào trong vật liệu có một số đỉnh phát xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy do vậy rất
thích hợp ứng dụng chế tạo các linh kiện điện huỳnh quang trong vùng nhìn thấy.
Một số kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, vật liệu SnO 2 pha tạp Eu3+ khi phân tán
R


R

P

P

trong một số mạng nền như silica sẽ cải thiện đáng kể khả năng phát xạ của ion Eu3+
P

. Việc nghiên cứu chế tạo và cơ chế truyền năng lượng từ mạng nền sang ion Eu3+
P

P

vẫn là một vấn đề mới .
Vì vậy chúng tơi lựa chọn phương pháp sol-gel để thực hiện đề tài sau :
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO
SnO 2 PHA TẠP Eu3+
R

R

P

Kết quả thu được như sau :
•

Đã chế tạo thành cơng vật liệu SnO 2 : Eu3+ phân tán trên nền silica bằng
R


R

P

P

phương pháp sol-gel dưới dạng màng với quy trình chế tạo vật liệu ồn
định.

P


•

Kết quả phổ nhiễu xạ tia X cho thấy tinh thể nano SnO 2 : Eu3+ phân tán tốt
R

R

P

P

trong mạng nền silica.
•

Kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy các hạt tinh thể SnO 2 :
R

R


Eu3+ phân tán SnO 2 : Eu3+ vào mạng nền silica chế tạo được tương đối đồng đều,
P

P

R

R

P

P

có kích thước khoảng 5 nm.

•

Kết quả phân tích phổ huỳnh quang cho thấy vật liệu SnO 2 : Eu3+ phân tán
R

R

P

P

P

P


trong nền silica phất quang mạnh ở vùng bước song 590nm và 615 nm
tương ứng với dịch chuyển các mức năng lượng 5D 0 → 7F 1 và 5D 0 → 7F 2
P

P

R

R

P

P

R

R

P

P

R

R

P

P


R

R

của ion Eu3+ .
P

P

Do thời gian thực hiện luận văn có hạn nên chúng tơi chưa giải thích được đầy đủ
về các tính chất quang của vật liệu, , chúng tơi sẽ thực hiện thêm các phép đo cấu
trúc và tính chất của vật liệu để làm sáng tỏ vấn đề này.


Danh mục các hình vẽ và bảng biểu

Chương I: TỔNG QUAN
Hình 1.1. Mơ hình cấu trúc ơ đơn vị của vật liệu SnO 2 .
R

R

Hình 1.2. Phổ nhiễu xạ tia X của SnO 2 .
R

R

Hình 1.3. Hàm phân bố các điên tử của nguyên tố Ce
Hình 1.4. Sự thay đổi bán kính của các nguyên tử nguyên tố Lantan theo điện tích

hạt nhân ngun tử .
.Hình 1.5. Sự thay đổi bán kính của các ion Ln3+ theo điện tích hạt nhân
P

P

Hình 1.6. Sự phụ thuộc của thế V(r) vào khoảng cách r.
Hình 1.7. Giản đồ mức năng lượng của một số ion đất hiếm .
Hình 1.8. Sơ đồ mức năng lượng của các điện tử 4f bị tách do tương tác với trường
tinh thể của mạng nền .
Hình 1.9. Sơ đồ tách mức năng lượng.
Hình1.10. Sự phát huỳnh quang khi nồng độ pha tạp thấp và sự dập tắt huỳnh quang
do pha tạp với nồng độ cao.
Hình 1.11. Sơ đồ các mức năng lượng và các dịch chuyển quang trong ion Eu3+
P

Hình 1.12. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO2 và SnO2: Eu3+ .
Hình 1.13. Sự truyền năng lượng từ SnO2 sang Eu3 .
+

P

P

Hình 1.14. Cấu trúc tinh thể và vơ định hình của thủy tinh.
Bảng 1.1 Các ion ngun tố đất hiếm hố trị 3

Chương II: THỰC NGHIỆM
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo mẫu nanô màng SnO 2 : Eu3+ bằng sol-gel
R


R

P

P

Hình 2.2. Máy nhiễu xạ tia X
Hình 2.3. Sơ đồ hình học tụ tiêu thu các cực đại nhiễu xạ tia X
Hình 2.4. Mặt phản xạ Bragg
Hình 2.5. Ảnh chụp máy đo SEM .
Hình 2.6. Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang.
Hình 2.7. Sơ đồ khối hệ đo phổ kích thích huỳnh.


Bảng 2.1. Thể tích của EuCl3 cho vào dung dịch tương ứng với nồng độ pha tạp Eu3+
Bảng 2.2. Hệ mẫu SnO 2 :Eu3+ với nồng độ pha tạp Eu3+ thay đổi
R

R

P

P

P

P

Bảng 2.3. Hệ mẫu SnO 2 :Eu3+ với tỉ lệ TEOS / SnCl 2 .2H 2 O thay đổi.

R

R

P

P

R

R

R

R

Bảng 2.4. Hệ mẫu SnO 2 :Eu3+ với số lần Spin-coating và tỉ lệ TEOS / SnCl 2 .2H 2 O
R

R

P

P

R

R

R


R

thay đổi

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO 2 : Eu3+ 5%
R

R

P

P

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO 2 : Eu3+ 7%
R

R

P

P

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO 2 : tỉ lệ 90TEOS /5SnO 2 .
R

R

R


R

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu SnO 2 : tỉ lệ 90TEOS /5SnO 2
R

R

R

Hình 3.5. Ảnh SEM của vật liệu SnO 2 : Eu3+5% được chế tạo bằng phương pháp
R

R

P

P

nhiệt sol-gel
Hình 3.6. Ảnh SEM của vật liệu SnO 2 : Eu3+3% với tỉ lệ 90TEOS /5SnO 2 được chế
R

R

P

P

R


R

tạo bằng phương pháp nhiệt sol-gel
Hình 3.7. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO 2 :Eu3+ 1% được chế tạo bằng phương
R

R

P

P

pháp sol-gel đo ở bước sóng kích thích 325 nm
Hình 3.8. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO 2 :với tỉ lệ 90TEOS /SnO 2 được
R

R

R

R

chế tạo bằng phương pháp sol-gel đo ở bước sóng kích thích 325 nm
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của vật liệu SnO 2 :3% Eu3+ được chế tạo bằng phương
R

R

P


P

pháp sol-gel đo ở bước sóng kích thích 325 nm
Hình 3.10. Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu SnO 2 :1% Eu3+ được chế tạo
R

R

P

P

bằng phương pháp sol-gel quay phủ 25 lớp đo ở bước sóng kích thích 325
nm
Hình 3.11. Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu SnO 2 :1% Eu3+ được chế tạo
R

R

P

P

bằng phương pháp sol-gel quay phủ 35 lớp đo ở bước sóng kích thích 325 nm


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN


I.1. Vật liệu SnO 2 ...............................................................................................................................................................
1.1 . Đặc trưng cấu trúc tinh thể SnO2 ........................................................................
R

1.2. Tính chất quang của vật liệu SnO 2 .......................................................................
R

R

1..2.1 Dây nanô ..........................................................................................................
1.2.2 Nanô hạt, màng SnO 2 ........................................................................................
R

R

I.2. Ion đất hiếm ........................................................................................................
2.1 Cấu trúc điện tử của các ion đất hiếm ...................................................................
2.2 Sự tách mức năng lượng của các ion tạp...............................................................
2.3 Sự phát xạ của các ion đất hiếm ............................................................................
2.4 Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm...........................
2.5 Sự dập tắt huỳnh quang........................................................................................
2.6 Ion Europium
2.7 Sự truyền năng lượng từ mạng nền SnO 2 sang Eu3+ .............................................
I.3 Vật liệu SiO 2
R

R

P


P

R

Chương II. THỰC NGHIỆM
II.1 Phương pháp chế tạo vật liệu ............................................................................
2.1. Một số phương pháp chế tạo vật liệu đang được sử dụng ..................................
2.1.1. Phương pháp sol-gel .........................................................................................
2.1.2. Phương pháp nhiệt thủy phân ............................................................................
2.2. Chế tạo vật liệu phát huỳnh quang SnO 2 pha tạp Eu3+ ......................................
2.2.1. Hóa chất và thiết bị ...........................................................................................
2.2.2. Chế tạo vật liệu SnO 2 :Eu3+ ...............................................................................
R

R

R

P

R

P

P

P

II.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc của vật liệu ...........................................

2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X .................................................................................
2.2. Phương pháp nghiên cứu hình thái bề mặt qua ảnh SEM ......................................
2.3. Phổ huỳnh quang PL ............................................................................................
2.4. Phổ kích thích huỳnh quang PLE .........................................................................

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

III.1. Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X .............................................................
III.2. Kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử quét ...........................................................
III.3. Kết quả chụp phổ huỳnh quang và kích thích huỳnh quang của vật liệu
SnO 2 :Eu3+ -SiO 2
R

R

P

P

R

R

3.1 Phổ huỳnh quang của nano tinh thể SnO 2
R

R


3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp .........................................................................

3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ mạng nền SnO 2 - SiO 2 ......................................................
R

R

R

R

3.2.Phổ huỳnh quang PL của tinh thể nano SnO 2 ........................................................
R

R


MỞ ĐẦU
Thế kỷ 21 là thế kỷ của các ngành công nghệ mũi nhọn như công nghệ sinh
học, công nghệ thông tin và công nghệ chế tạo vật liệu mới trong đó chế tạo vật
liệu quang và quang tử là một thử thách hấp dẫn đối với các nhà khoa học.
Trong công nghệ chế tạo vật liệu quang và quang tử thường sử dụng các oxít
của ngun tố nhóm III và nhóm IV như SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 ...Trong đó SnO 2 là
R

R

R

R

R


R

R

R

R

R

vật liệu bán dẫn loại n với vùng cấm rộng (E g = 3,6 eV ở 300 K) được ứng dụng
R

R

rộng rãi trong lĩnh vực quang điện tử, đặc biệt là trong các linh kiện điện huỳnh
quang. như điện cực dẫn, lớp phủ trong suốt, pin mặt trời và vật liệu xúc tác do
vật liệu SnO 2 dạng khối có sự khác nhau về kích thước hạt, nồng độ các nút
R

R

khuyết ơxy và tính chất điện. Vật liệu SnO 2 dạng màng mỏng đã được nhiều
R

R

nhóm quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây . Các kết quả đã được công
bố chứng tỏ rằng các nút khuyết ôxy hoạt động như các tâm phát xạ và có vai trị

cực kỳ quan trọng đối với tính chất huỳnh quang của vật liệu bán dẫn ơxít kim
loại
Ngun tố đất hiếm như europium có rất nhiều tính chất quan trọng và ứng
dụng trong lĩnh vực quang điện, các linh kiện như dẫn sóng quang, lọc quang,
khuếch đại quang,... . Ion Eu3+ có mức năng lượng điện tử tự do. Khi vật liệu
P

P

SnO 2 không pha tạp , sự chuyển tiếp của lưỡng cực điện và lưỡng cực từ để tạo ra
R

R

khả năng nhạy cảm, từ đó khảo sát vị trí kim loại khí hiếm / vị trí đối xứng. Sự
chuyển tiếp của ion Eu3+ giảm xuống tại mơi trường đối xứng, khi đó lưỡng cực
P

P

điện không bị ảnh hưởng bởi môi trường và cường độ tán xạ rất mạnh. Ion Eu3+
P

P

khi pha tạp vào trong vật liệu có một số đỉnh phát xạ trong vùng ánh sáng nhìn
thấy do vậy rất thích hợp ứng dụng chế tạo các linh kiện điện huỳnh quang trong
vùng nhìn thấy. Một số kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, vật liệu SnO 2 pha
R


R

tạp Eu3+ khi phân tán trong một số mạng nền như silica sẽ cải thiện đáng kể khả
P

P

năng phát xạ của ion Eu3+ . Việc nghiên cứu chế tạo và cơ chế truyền năng lượng
P

P

từ mạng nền sang ion Eu3+ vẫn là một vấn đề mới
P

P

Để chế tạo vật liệu nanô SnO 2 :Eu3+ phân tán trong một số mạng nền như
R

R

P

P

silica hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp sol-gel,
phương pháp đồng kết tủa, phương pháp nhiệt thuỷ phân. Phương pháp sol gel có



đặc điểm là có thể chế tạo được các hạt nanơ có kích thước ở nhiệt độ thấp, hồ
trộn một cách đồng đều nhiều ơxít với nhau ,dễ pha tạp có thể điều khiển được độ
xốp và độ bền cơ học thông qua việc sử lý nhiệt, chế tạo được những vật liệu với
độ tinh khiết cao, hoá chất sử dụng thường là không độc phù hợp với các điều
kiện sẵn có của phịng thí nghiệm. Vì vậy chúng tơi lựa chọn phương pháp sol-gel
để thực hiện đề tài sau :
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO
SnO 2 PHA TẠP Eu3+
R

R

P

Để thực hiện việc nghiên cứu này chúng tôi tiến hành nghiên cứu theo 3 nội
dung sau:
Mở đầu
Chương 1. Giới thiệu chung về các ion đất hiếm , cơ chế chuyển dịch và phát
quang của các ion đất hiếm,cấu trúc và tính chất của SnO 2 và SiO 2 .
R

R

R

R

Chương 2. Thực nghiệm
Trình bày quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu SnO 2 : Eu3+ phân tán trong mạng
R


R

P

P

nền silica bằng phương pháp sol-gel và các kỹ thuật phân tích cấu trúc, tính chất
vật liệu.
Chương 3. Kết quả và thảo luận: Trình bày một số kết quả về nhiễu xạ tia X,
hiển vi điện tử quét SEM và các kết quả về phép đo huỳnh quang. Từ đó đưa ra
một số kết luận và đề xuất về triển vọng và hướng nghiên cứu tiếp.
Kết luận


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I. 1.Vật liệu SnO 2
I.1.1. Đặc trưng cấu trúc tinh thể SnO2
R

SnO 2 có cấu trúc rutile tương tự như một số ơxít khác như TiO 2 , RuO 2 ,
R

R

R

R

R


R

CrO 2 , VO 2 . Mỗi nguyên tử Sn được 6 nguyên tử oxi bao quanh kiểu bát diện và
R

R

R

R

mỗi nguyên tử oxi được 3 nguyên tử kim loại bao quanh kiểu tam giác. Mỗi ô đơn
vị tetragonal chứa 2 nguyên tử Sn chiếm vị trí (0,0,0) và (1/2,1/2,1/2) và 4
nguyên tử ôxy chiếm các vị trí ±(u,u,0) và ±(1/2+u,1/2-u,1/2), trong đó u là thơng
P

P

số nội có giá trị 0,307. Thơng số mạng a=b= 4,7384 Å và c= 3,1871 Å. Tỉ số c/a
=0,6726. Liên kết giữa các ngun tử là liên kết ion mạnh.

Hình 1.1. Mơ hình cấu trúc ơ đơn vị của vật liệu SnO2
a. Mơ hình ơ đơn vị tetragonal
b. Mơ hình ơ đơn vị othorhobic: Đáy trên là mặt
stoichiometric, đáy dưới là mặt reduce
Do năng lượng bề mặt nhỏ nhất nên mặt (110) là mặt được ưu tiên nhất, tiếp
theo là các mặt (100), (101), (001). Vì vậy các nghiên cứu thường tập trung vào
mặt (110) của tinh thể SnO 2 . Theo hướng [110] vng góc với mặt (110), cấu trúc
R


R

pha rutile được xây dựng từ ba lớp (O), (2Sn + O), (O) xếp xen kẽ nhau. Cả ba lớp
này đều có thể là lớp ngoài cùng của mặt tinh thể. Cấu trúc đầy đủ như vậy gọi là
cấu trúc stoichiometric (Hình 1.1b, mặt trên). Tinh thể với cấu trúc stoichiometric
hoàn chỉnh chỉ có thể được tạo ra trong điều kiện vật liệu được ủ dưới áp suất cao
của một khí ơxy hóa nào đó chẳng hạn như O 2 , NO 2 , plasma ơxy. Nói chung, trên
R

R

R

R

mặt SnO 2 ln tồn tại các nút khuyết ôxy. Khi ủ lại mẫu có mặt stoichiometric
R

R


trong chân không tới 650 K, các nguyên tử ôxy cầu nối mất đi, ta thu được mẫu có
mặt (110) “reduced” (Hình 1.1b, mặt dưới); ủ lại mẫu có mặt stoichiometric trong
chân khơng tới 700 K sẽ có thêm nút khuyết của một số nguyên tử ôxy ở mặt bên
trong và ta thu được mặt sai hỏng [1].
Khi nghiên cứu vi cấu trúc của vật liệu SnO 2 người ta thường sử dụng các
R

R


phương pháp phân tích thơng dụng là phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X...
Hình 1.2 đưa ra phổ nhiễu xạ tia X điển hình của vật liệu này. Trên hình cho thấy
xuất hiện đỉnh phổ với cường độ mạnh nhất ở góc quét 2θ = 26,54o; 33,7o ; 51,7o
P

P

P

R
P

R

P

P

tương ứng với mặt phản xạ (110), (101) và (211) [2].

2θ (0)

Hình 1.2. Phổ nhiễu xạ tia X của SnO2 [2]
I.1.2. Tính chất quang của vật liệu SnO 2
R

Cấu trúc hình học mặt (110) stoichiometric và mặt (110) reduce được mơ tả
trên hìn 1.1. Khi các nguyên tử ôxy bị mất, Sn4+ trở thành Sn2+ và thừa ra hai điện
P


P

P

P

tử, các điện tử này có độ phân cực cao hướng ra bề mặt. Sự dư thừa điện tử Sn
làm tăng nồng độ hạt dẫn (điện tử) trên vật liệu, kết quả là độ dẫn vật liệu tăng và
SnO 2 trở thành bán dẫn loại n, bề rộng vùng cấm E g = 3.6 eV.
R

R

R

R

Vậy bản chất mức donor trong bán dẫn SnO 2 loại n là các nút khuyết ôxy, mức
R

R

donor nằm ngay sát vùng dẫn (cách vùng dẫn cỡ 0,003 đến 0,15 eV) nên hầu như
bị ion hóa hồn tồn ở nhiệt độ thấp[3].
Độ linh động của điện tử trong ơxít SnO 2 µ= 80 cm2/V.s ở 500K và 200
R

R


P

P

cm2/V.s ở 300K SnO 2 có độ ổn định hố và nhiệt cao. Chính vì tính ổn định hoá
P

P

R

R


và nhiệt cao mà vật liệu SnO 2 hiện đang được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng
R

R

dụng làm cảm biến khí.
I. 1.2.1.Dây nano SnO 2
R

Phổ huỳnh quang (PL) là một kỹ thuật thích hợp để xác định chất lượng tinh
thể và sự có mặt của tạp chất cũng như các trạng thái exciton. Phổ huỳnh quang
dây nanô SnO 2 được kích thích bằng nguồn laser He-Cd ở bước sóng 325 nm.
R

R


Dây nanô SnO 2 phát xạ mạnh bức xạ màu vàng với cường độ cực đại khoảng 570
R

R

nm. Bức xạ ở gần bờ (cỡ 320 nm) thì khơng phát hiện được. Sự mở rộng của đỉnh
phổ huỳnh quang là kết quả của sự chồng chập nhiều đường bức xạ (ít nhất là 2
đường), các nghiên cứu cho thấy đó là sự chồng chập của hai đỉnh cơ bản tại 460
nm và 570 nm [4].
Dựa vào phổ hấp thụ UV/Vis người ta xác định được bề rộng vùng cấm của
dây nanô SnO 2 là 3,74 eV (tương ứng với bước sóng λ=1,24/E=331 nm). Do đó
R

R

hai đường PL có đỉnh ở 460 nm và 570 nm không thể do tái hợp trực tiếp vùngvùng, nghĩa là một điện tử dẫn nằm trong dải 4d của nguyên tử Sn tái hợp với một
lỗ trống nằm trong dải hóa trị 2p của O. Sự xuất hiện của 2 đỉnh PL có thể được
giải thích như sau : Đỉnh 460 nm liên quan đến một mức nông ( shallow energy
level) mà các điện tử ở mức này thường kém ổn định nhiệt. Khi nhiệt độ tăng lên
trên 100 K thì các điện tử ở trạng thái này bị ion hóa chuyển lên vùng dẫn và có
thể tái hợp thơng qua chuyển mức khơng bức xạ, vì vậy cường độ huỳnh quang sẽ
giảm nhanh khi nhiệt độ tăng. Ngược lại, đỉnh bức xạ tại 570 nm cho thấy ít phụ
thuộc nhiệt độ, nó liên quan đến một mức sâu nằm trong vùng cấm, các điện tử
được kích thích đến trạng thái này thường ổn định nhiệt và sẽ trở về trạng thái ban
đầu thông qua các chuyển mức bức xạ. Chuyển mức bức xạ dựa trên các mức sâu
nằm trong vùng cấm này là do các vị trí khuyết ơxy trên bề mặt. Sự vắng mặt của
bức xạ gần bờ ( ∼ 331 nm) cho thấy ý nghĩa hết sức quan trọng của các trạng thái
bờ mặt so với các tính chất khối của dây nanô [5].
1.2.2. Nanô hạt, màng SnO 2
R


R

Trong linh kiện điện huỳnh quang, vật liệu phát quang đóng vai trị quan trọng
đến hiệu suất phát quang của linh kiện và nó cũng quyết định màu sắc ánh sáng
phát ra như: các vật liệu ZnS:Mn, SnS:TbOF, ZnS:Tb phát ra ánh sáng màu xanh


lá cây, SrS:Cu, SrS:Eu, ZnS:Cl phát ra ánh sáng đỏ còn đối với SrS:Cu, Ga 2 S 4 :Ce
R

R

R

R

cho ta ánh sáng màu xanh da trời [6].
Với hiệu ứng giam giữ lượng tử, năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn
phụ thuộc vào kích thước khi tinh thể có kích thước nanơ do vậy phổ quang phát
ra của vật liệu cũng phụ thuộc vào kích thước của tinh thể.
E = Eg +

π 2 2  1

1 
1,8e 2


+

−
2mo R 2  me* mh*  4πε o ε ∞ R

Trong những năm gần đây việc nghiên cứu các vật liệu có kích thước nanơ
đang thu hút được nhiều sự quan tâm trong nước và trên thế giới, người ta hy
vọng rằng sẽ tìm ra được những loại vật liệu cho phổ màu đa dạng hơn, hiệu suất
phát quang lớn hơn. Nanô tinh thể SnO 2 được sử dụng như một mạng nền để pha
R

R

tạp europium là một trong những loại vật liệu được chế tạo ứng dụng tốt cho
những linh kiện điện huỳnh quang phát ánh sámg màu đỏ.
Vật liệu SnO 2 được xem là một trong những vật liệu quan trọng và được sử
R

R

dụng khá nhiều trong chế tạo cảm biến khí. Cảm biến khí SnO 2 đầu tiên có măt
R

R

trên thị trường vào những năm 1968, nó được sử dụng để kiểm tra sự có mặt của
các khí như : CO, H 2 , NO 2 , H 2 S, CH 4 ...trong môi trường. Khả năng nhạy khí của
R

R

R


R

R

R

R

R

SnO 2 là sự thay đổi độ dẫn của oxít bề mặt hoặc gần bề mặt, độ dân thay đổi là
R

R

kết quả của phản ứng bề mặt giữa bán dẫn và khí ( có thể là sự phản ứng bề mặt
hoặc sự hấp phụ của các phân tử bề mặt ). Màng SnO 2 là ơxít bán dẫn bề mặt hoạt
R

R

động khá ổn định, nhiệt độ làm việc thường khoảng 3000C. Kích thước tinh thể
P

P

nano SnO 2 dùng trong cảm biến khí thường từ vài nm đến vài chục nm. Các tinh
R


R

thể nano có diện tích bề mặt riêng lớn và các hiệu ứng kích thước cũng thể hiện rõ
rệt khi hạt tinh thể ở kích thước nano.
I.2. Ion đất hiếm
I.2.1 .Cấu trúc điện tử của các ion đất hiếm
Các nguyên tố đất hiếm bao gồm các nguyên tố thuộc họLanthanide có số hiệu
nguyên tử từ N = 57 (Lanthane) đến N = 103 (Lawrencium) bao gồm : N = 57 ÷ 71:
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), các nguyên tố này
có cấu hình điện tử :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 5s2 4p6 4d10 4fn 5dx 5p6 6s2
P

P

P

P

P

P

P

P

P

P


P

P

P

P

P

P

P

P

P

R
P

R

P

P

P


P

P

P

P

P


Các nguyên tố đất hiếm tồn tại ở khắp nơi trên thế giới và được ứng dụng
rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực như luyện kim, nam châm, gốm, điện tử học, hóa
học, quang học, y học…[7].Đặc biệt tinh thể được ứng dụng nhiều trong khuếch
đại sợi quang .
Vì thế các nguyên tố họ Lanthanide là những kim loại được đặc trưng bởi sự
lấp chưa đầy lớp điện tử 4f. Các ngun tố này thường hình thành các ion hố trị 3
(Ln3+) khi nó được cấy vào các mạng nền rắn. Ngồi ra các ngun tố Ce, Pr có thể
P

P

có số oxi hóa +4; Sm, Eu có thể có số oxi hóa +2 . Cấu trúc của các ion hố trị 3
trong cấu hình cơ bản là [Xe] 4fn 5s2 5p6, trong đó n = 0 ÷ 14 được trình bày trong
P

P

P


P

P

P

bảng 1.1
Bảng 1.1. Các ion nguyên tố đất hiếm hố trị 3[7].

STT

Ngun tố
Ln

Cấu hình điện tử
các ngun tử Ln
[Xe]4f0 5d1 6s2

La

58

Ce

[Xe]4f2 5d0 6s2

59

Pr


[Xe]4f3 5d0 6s2

60

Nd

[Xe]4f4 5d06s2

61

Pm

[Xe]4f5 5d0 6s2

62

Sm

[Xe]4f6 5d06s2

63

Eu

[Xe]4f7 5d0 6s2

P

P


P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P


P

P

P

P

[Xe]4f0
P

[Xe]4f1
P

P

[Xe]4f2

P

P

Pm3+
P

P

P

Eu3+

P

P

[Xe]4f3

P

Sm3+

P

P

Pr 3+

P

P

P

P

Nd3+

P

P


P

P

P

Cấu hình điện tử
các ion Ln3+

P

Ce3+

P

P

P

P

P

P

P

P

P


P

P

P

La3+

57

P

Ion
Ln3+

P

P

P

P

P

P

P


[Xe]4f4
P

[Xe]4f5
P

[Xe]4f6
P

P

P

P


Từ Bảng 1.1 chúng ta thấy các ion đất hiếm có hàm sóng quỹ đạo của
điện tử lớp 4f nằm ở bên trong và được che chắn khỏi môi trường xung
quanh bởi các lớp bên ngoài 5s2 và 5p6. Màn chắn này tạo cho các ion đất
P

P

P

P

hiếm có các dịch chuyển quang học là các vạch hẹp với các tần số gần như
có thể xác định trước được, và tương đối ít chịu ảnh hưởng của mạng nền. Sự
phủ hàm sóng của lớp 4f với các lớp 5s, 5p khơng lớn nên phát quang khơng

tốt.
Nhưng khi nó được cấy vào các mạng nền rắn thì sự phủ các hàm sóng
là lớn, các điện tử ở lớp 4f có thể nhảy lên mức kích thích cao hơn dễ dàng
và phát quang tốt hơn. Do vậy phổ phát xạ của các ion đất hiếm trong tinh
thể tương tự như phổ phát xạ của các ion tự do và rất ít chịu ảnh hưởng của
trường tinh thể vật liệu nền. Có thể minh họa bằng đồ thị các hàm sóng 5s,
5p và 4f của ion Ce3+ trên hình 1.3[8].
P

P

Hình 1.3. Hàm phân bố các điện tử của nguyên tố Ce [8].
Như vậy, việc tăng điện tử lớp 4f chỉ một phần nào đó chắn được sự ảnh
hưởng của việc tăng điện tích hạt nhân. Do đó, khi số hiệu ngun tử tăng thì
cũng tăng lực hút giữa hạt nhân với các điện tử ở lớp ngồi cùng, làm giảm bán
kính ngun tử và ion (sự co Lantan) Sự thay đổi bán kính ở các nguyên tử Ln và
ion Ln3+ theo chiều tăng điện tích hạt nhân ngun tử được biểu diễn như hình 1.4
P

P

và 1.5 dưới đây.


Hình 1.4. Sự thay đổi bán kính của các ngun tử nguyên tố Lantan theo điện
tích hạt nhân nguyên tử [8].

Hình 1.5. Sự thay đổi bán kính của các ion Ln3+ theo điện tích hạt nhân [8].
P


P


Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân thì nhìn chung bán kính ngun
tử và ion 3+ của các nguyên tố Lantan giảm dần do lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân
P

P

và các electron lớp ngoài cùng tăng lên. Tuy nhiên đối với các nguyên tố Ce, Eu
và Yb có bán kính ngun tử thay đổi khơng theo quy luật này. Điều này được
giải thích như sau : vì nguyên tử Eu (Z = 63) và Yb (Z = 70) có xu hướng duy trì
cấu trúc điện tử bền 4f7 và 4f14 nên chúng chỉ cung cấp hai điện tử dẫn. Do đó,
P

P

P

P

phần phủ nhau của những điện tử ngoài cùng giữa hai nguyên tử cạnh nhau sẽ nhỏ
hơn và bán kính nguyên tử sẽ lớn hơn. Ngược lại, một nguyên tử Ce (Z = 58) chỉ
có một điện tử 4f và nó có xu hướng cung cấp bốn điện tử dẫn để duy trì cấu hình
điện tử bền. Vì vậy, phần phủ nhau của những điện tử này cũng lớn hơn dẫn tới
khoảng cách giữa các nguyên tử cạnh nhau nhỏ hơn so với những nguyên tố
Lantan khác[8].
Hình ảnh quang phổ của các nguyên tố đất hiếm được quan sát lần đầu tiên
vào những năm 1900 bởi J. Becquerel. Đó là quang phổ vạch của muối đất hiếm
được làm lạnh xuống nhiệt độ thấp (<100K) [10]. Lý thuyết giải thích cho hiện

tượng này được đưa ra lần đầu tiên bởi M.Mayer và cộng sự vào năm 1941. Ông
đã tính tốn cấu trúc ngun tử của các ngun tố thuộc nhóm Lantan. Khi xem
xét bức tranh cổ điển về các nguyên tử, thì thấy rằng hạt nhân được bao bọc bởi
các lớp vỏ điện tử, các lớp này được điền đầy một cách từ từ khi tiến dần theo
chiều tăng điện tích của bảng hệ thống tuần hồn . Nói chung bán kính của các lớp
kế tiếp tăng một cách đơn điệu, nhưng tại nguyên tử có điện tử số Z=57 lại có sự
giảm đột ngột bán kính lớp điện tử. Nguyên nhân là do lớp 5s và 5p (5s25p2) ở bên
P

P

P

P

ngoài đã được điền đầy điện tử, trong khi đó lớp 4f ở bên trong thì lại chưa được
lấp đầy điện tử. Điều này dẫn tới bán kính của lớp 4f bị co lại và được bao bọc bởi
các lớp 5s 5p. Do đó điện tử của lớp 4f sẽ tương tác yếu với hạt nhân nguyên tử
của nó.
Điều này được giải thích một cách đơn giản khi Mayer đưa ra cơng thức
tính thế hiệu dụng xun tâm của điện tử [9]:
V (r ) = −

2
e
[1 + (Z − 1)ϕ (r / µ )] + h2 l (l −2 1)
r
8π m r



Trong đó, V(r) bao gồm thế Culong và thế xuyên tâm, r là khoảng cách từ
điện tử đến hạt nhân
h: hằng số Plank
m: khối lượng của điện tử
l: số lượng tử mơmen quỹ đạo góc
φ(r/ ) :Hàm Thomas-Fecmi.
Thế V(r) này nhận được khi giải phương trình Srodinger với V(r) coi là thế
hiệu dụng, bằng cách phân chia các điện tử thành những loại khác nhau để giải
quyết bài toán dễ dàng hơn. Với điện tử thuộc lớp 4f ứng với l=3 thì những giá trị
cực tiểu của V(r) phụ thuộc nhiều vào điện tử số Z của các nguyên tố, thế V(r)
được phác họa ở hình 1.6.

Hình 1.6: Sự phụ thuộc của thế V(r) vào khoảng cách r
Từ đồ thị ta thấy:
+ Đối với những nguyên tố mà điện tử số Z có giá trị thấp, V(r) chỉ có 1 cực tiểu
tại vị trí ro ~ 6A.


+ Khi Z lớn hơn, V(r) có 2 giá trị cực tiểu, một cực tiểu đạt tại vị trí r < ro, hàm
sóng của điện tử lớp 4f bị chập lại khi thế V(r) trở nên đủ sâu.
Theo mơ hình Mayer, người ta đã dự đoán sự thay đổi đột ngột của thế
V(r) xảy ra tại Z=60, nhưng trong thực tế nó đã xảy ra với nguyên tố đầu tiên
của dãy Lantan ứng với Z=57.
Theo chiều tăng điện tích của dãy Lantan, bán kính trung bình của lớp 4f
giảm chậm, điều này được gọi là sự co Lantan. Tính từ nguyên tố đầu tiên đến
nguyên tố cuối cùng của dãy độ giảm của bán kính vào khoảng 10%. Bán kính
trung bình của lớp 4f cỡ 0,7 lần bán kính Borh.
Dạng tồn tại phổ biến nhất của các nguyên tố đất hiếm là dạng ion, đặc biệt
là trạng thái ion hóa trị 3 (Ln3+). Các mức năng lượng của ion đất hiếm ở trạng
P


P

thái tự do là các trạng thái suy biến và khi đó, các chuyển mức là bị cấm.
I.2.2. Sự tách mức năng lượng của ion tạp
Do cấu trúc các quỹ đạo chưa được điền đầy nên hình thành các mức bội của
điện tử 4f, lực tương tác Coulomb giữa các điện tử 4f mạnh (~10 eV) để tạo ra số
hạng liên kết Rusell-Saunders, được ký hiệu là

L, trong đó L và S tương ứng

2S+1
P

P

là tổng mơmen quỹ đạo và mômen spin được xác định theo các công thức sau:
n

L = L với L = ∑ li

(1.1)

i1
n

S = S với S = ∑ si

(1.2)


i =1

Trong đó li và si tương ứng là mômen quỹ đạo và mômen spin của điện tử thứ i.
R

R

R

R

Khi tương tác spin - quỹ đạo có năng lượng cỡ 1 eV sẽ tách số hạng bội thành
nhiều mức ký hiệu là 2s+1L j Số hạng bội 2s+1L j được phân tách thành các cấu trúc tế
P

P

R

R

P

P

R

R

vi bởi trường tinh thể, mỗi mức bội 2S+1L suy biến thành (2S+1)(2L+1) bậc. Ở đây,

P

P

J là tổng mơmen tồn phần, có vectơ mơmen tồn phần J được xác định:
J = L+S

(1.3)

Về độ lớn J có thể nhận giá trị từ │L-S│ đến (L + S). Nếu L > S, mômen J
nhận (2S + 1) giá trị từ (L - S) đến (L + S). Nếu L < S, mômen J nhận 2L giá trị từ
(S - L) đến (L + S).


Hình 1.7. Giản đồ mức năng lượng của một số ion đất hiếm [10]
Trên hình 1.7 là sơ đồ mức năng lượng chính của một số ion đất hiếm, các mức
năng lượng này được ký hiệu theo Russell-Saunders.
Nếu năng lượng tương tác spin - quỹ đạo rất nhỏ so với khoảng cách giữa các
mức bội thì năng lượng tương tác spin - quỹ đạo được tính theo cơng thức:
∆E = λ [J ( J + 1) - L( L + 1) - S ( S + 1)] / 2

(1.4)

Các trạng thái năng lượng của điện tử 4f nhận được nhờ việc giải phương
trình với các giá trị riêng của một Hamilton đối với ion tự do. Với gần đúng
trường xuyên tâm, mỗi điện tử được coi là một chuyển động độc lập trong một
trường thế đối xứng cầu gây bởi hạt nhân và tất cả các điện tử khác. Toán tử
Hamilton đối với ion tự do:
H iontudo = −


n
n
2 n
Ze 2
e2
∆
−
+
+ λLS
∑ i ∑
∑
2m i =1
i =1 ri
i , j =1 ri − r j

(1.5)

Trong đó, số hạng thứ nhất và số hạng thứ hai tương ứng là động năng và thế
năng của điện tử thứ i. Số hạng thứ ba thể hiện tương tác Coulomb giữa các điện


tử, còn số hạng thứ tư là tương tác spin - quỹ đạo với λ là hằng số tương tác spinquỹ đạo.
Khi ion đất hiếm được đưa vào trong mạng nền thì trạng thái điện tử của các
ion đất hiếm bị ảnh hưởng bởi trường tinh thể của mạng nền làm tách các mức suy
biến và tạo ra phổ trạng thái với năng lượng chỉ phụ thuộc vào L và S mà khơng
phụ thuộc vào J. Khi đó, Hamilton cho một ion đất hiếm riêng biệt được viết dưới
dạng:
H = H ion tự do + V ion-mạng tĩnh + V ion-mạng động + V ion-trường điện từ + V ion-ion (1.6)
R


R

R

R

R

R

R

R

R

R

Với H ion tự do là Hamilton của ion tự do, V ion-mạng tĩnh và V ion-mạng động tương ứng
R

R

R

R

R

R


với tương tác tĩnh và động của ion với mạng nền, V ion-trường điện từ thể hiện tương
R

R

tác của ion với trường điện từ, V ion-ion biểu diễn tương tác của ion đất hiếm đang
R

R

xét với các ion đất hiếm khác.

1

G

NẰNG LƯỢNG

3

F

(4f)2
Trường
xuyên tấm
3

H


Tương tác trường
tĩnh điện

1

G4

3

F4

3

F3

3

F2

3

H6

3

H5

3

H4


10-100 cm-1

Tương tác
spin-quỹ đạo

Trường tinh thể
(ion-mạng)

Hình 1.8. Sơ đồ mức năng lượng của các điện tử 4f bị tách do
tương tác với trường tinh thể của mạng nền [10]
Hình 1.8 là sơ đồ các mức năng lượng của ion đất hiếm bị tách mức do tương
tác với trường tinh thể.
Ảnh hưởng của mạng nền lên tạp đất hiếm chỉ đề cập đến tương tác tĩnh điện
bằng cách thay mạng nền bằng một trường tinh thể hiệu dụng tại vị trí của ion.
Khi đó, Hamilton có thể được viết như sau:


H = H ion tự do + V ion-mạng tĩnh
R

R

R

(1.7)

R

Trường thế V ion-mạng tĩnh thường được khai triển thành chuỗi lũy thừa của các

R

R

thành phần toán tử tenxơ C −(kq) như hàm cầu điều hoà:

[ ]

Vion − mangtinh = ∑ Bqk C −( kq)

i

(1.8)

ikq

Ở đây, Bqk là các thành phần trường tinh thể (k ≤ 6 cho các điện tử 4f) và
tổng theo i được lấy trên toàn bộ các điện tử 4f của ion. Các số hạng ứng với k
chẵn trong biểu thức trên tách mức J suy biến thành các phần Stark cách nhau 10
÷ 100 cm−1.
P

P

Khi các ion đất hiếm ở trong trường tinh thể tĩnh, sẽ có hiện tượng tách
các mức năng lượng. Sự tách mức năng lượng do nhiều nguyên nhân, hình 1.8
thể hiện sơ đồ tách mức năng lượng theo các nguyên nhân khác nhau.
Tách mức do lực nguyên tử: Theo vật lý chất rắn và cơ học lượng tử, khi
các nguyên tử ở gần nhau thì chúng sẽ tương tác với nhau và dẫn tới sự tách mức.


Hình 1.9. Sơ đồ tách mức năng lượng
Tách mức do trường vật liệu nền: Khi pha các nguyên tố đất hiếm vào
một mạng nền nào đó, có sự tương tác của trường vật liệu nền với các ion đất
hiếm, làm cho hàm sóng của các ion này bị nhiễu loạn và cũng gây ra sự tách
mức.
Tách mức do tương tác spin: Ion đất hiếm có lớp vỏ 4f chưa được điền đầy
điện tử, dẫn tới hình thành cấu hình điện tử khác nhau với các mức năng


lượng khác nhau do tương tác tương tác spin-spin và tương tác spin-quỹ đạo.
I. 2.3 Sự phát xạ của các ion đất hiếm
Trong các ion đất hiếm, các dịch chuyển hấp thụ và phát xạ xảy ra giữa các
mức năng lượng còn tách từ các mức J xác định do hiệu ứng Stark gây bởi
trường tinh thể. Độ rộng của một dịch chuyển được xác định bởi độ rộng đồng
nhất và không đồng nhất của các mức con. Sự mở rộng không đồng nhất là do sự
thay đổi tới vị trí khác của ion trong trường tinh thể. Cịn sự mở rộng đồng nhất
được hình thành do cơ chế độ rộng phổ (do sự thăng giáng nhiệt hoặc do thời
gian sống nội tại của mức) và nó khơng thay đổi theo vị trí của ion đất hiếm.
Các dịch chuyển 4f - 4f của các ion đất hiếm tự do phải tuân theo quy tắc lựa
chọn Laporte, các dịch chuyển chỉ được phép khi chúng cùng tính chẵn lẻ trong
một tâm đối xứng của phân tử hoặc ion. Do chịu tác dụng của trường tinh thể
khơng đối xứng bên ngồi, các ion bị mất đi sự đối xứng và các dịch chuyển trở
nên được phép.
Sự phát xạ của các ion đất hiếm xuất hiện từ các dịch chuyển giữa các mức
năng lượng trong cấu hình điện tử 4fn của chúng. Sự khơng có mặt của bất kỳ tương
P

P

tác nào giữa n điện tử này thì các mức năng lượng sẽ bị suy biến. Tuy nhiên do

tương tác Coulomb giữa các điện tử, sự suy biến được xoá bỏ và các mức năng
lượng được tách ra thành một dải khoảng 20000 cm−1. Hơn nữa sự tách các mức
P

P

năng lượng còn do tương tác spin - quỹ đạo, tạo thành dải khoảng 1000 cm−1. Các
P

P

nguyên tố đất hiếm có thể được phân thành hai nhóm theo khả năng phát quang:
Nhóm thứ nhất, bao gồm các ion: Tb3+, Dy3+, Eu3+ và Sm3+, đây là các ion
P

P

P

P

P

P

P

P

phát xạ mạnh nhất, tất cả đều có huỳnh quang trong vùng nhìn thấy Tb3+: 545

P

P

nm (5D 4 → 7F 4 ), Dy3+: 573 nm (4F 9/2 → 6H 13/2 ), Sm3+: 643 nm (4G 5/2 → 4H 11/2 ).
P

P

R

R

P

P

R

R

P

P

P

P

R


R

P

P

R

R

P

P

P

P

R

R

P

P

R

R


Ion Europium phát xạ rất mạnh trong vùng nhìn thấy có màu đỏ đặc trưng (613
nm) là do sự dịch chuyển của điện tử 5D 0 → 7F 2 . Sau khi được kích thích với
P

P

R

R

P

P

R

R

năng lượng tối thìểu 2,18 eV các điện tử sẽ chuyển lên mức năng lượng kích thích
5
P

D 0 sau đó dịch chuyển về trạng thái ứng với mức năng lượng cơ bản 7F 2 đồng
P

R

R


P

P

R

R

thời kèm theo sự phát xạ [11, 12].
Nhóm thứ hai, gồm các ion: Er3+, Pr3+, Nd 3+, Ho3+, Tm 3+ và Yb 3+, là các
P

P

P

P

P

P

P

P

P

P


P

P