Ce3+和Eu2+离子掺杂晶体中4f-5d跃迁和电-声子相互作用的理论研究

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稀土离子在固体发光材料中扮演着关键的角色，一直受到人们的广泛关注，其中关于三价Ce3+和二价Eu2+离子的实验研究最为充分。本论文主要研究Ce3+和Eu2+两种离子：利用第一性原理计算Ce3+掺杂β-Ca2SiO4的稳定局域结构和4f→5d跃迁光谱性质；采用三种不同途径计算白光LED材料中掺杂Eu2+离子的4f-5d跃迁的电-声相互作用主要参数值。
　　第一章简要介绍稀土元素的由来，包括镧系元素在内的17个稀土元素的发现和分类，中国稀土元素的含量以及在各行各业的应用，特别强调在固体发光材料上的应用。同时对本工作所涉及的稀土离子Ce3+以及Eu2+离子作了进一步简单介绍。
　　第二章利用位形坐标图中说明电子跃迁过程中体系总能量的变化以及跃迁过程涉及的晶格弛豫现象，并给出与晶格弛豫相关的电-声相互作用主要参数值。同时推导发光材料的发射光谱半峰值全宽度值与温度T的关系。另外，简要概述了第一性原理和密度泛函理论，并介绍了本工作中所需要的计算软件。
　　第三章介绍本论文的一个主体部分，关于采用第一性原理方法研究Ce3+掺杂β-Ca2SiO4晶体的稳定局域结构和4f→5d跃迁光谱性质。首先，构造Ce3+掺杂β-Ca2SiO4超单胞模型，利用密度泛函理论计算，获得Ce3+分别占据Ca1和Ca2格位的稳定局域结构。其次，基于优化构型，构建以Ce3+为中心的镶嵌离子团簇(CeCa1O7Si5)9+和(CeCa2O8Si6)11+，用CASSCF/CASPT2方法获得Ce3+的4f1和5d1能级分裂。最后，通过比较Ce3+分别占据Ca1和C a2格位时的超单胞总能量，以及4f→5d跃迁能量的计算与实验观测值，发现Ce3+离子优先占据8配位数的Ca2格位，并对实验激发光谱进行了指认。
　　第四章本论文的另一个主体部分。通过三种不同途径拟合计算白光LED材料中掺杂Eu2+离子4f-5d跃迁的电-声相互作用主要参数值。首先，采用三种不同途径针对前人所给出的Eu2+掺杂发光材料的吸收和发射光谱图，或不同温度变化下发射光谱图，根据相关公式拟合得到电-声相互作用主要参数值。其次，选出两种不同发光材料，对拟合计算得到结果进行具体分析，并利用发射光谱的光强度与黄昆因子等关系式拟合实验光谱图，通过比较拟合标准误差以及 EZPL的计算和实验值，分析三种不同拟合计算方法的优缺点。

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作者
方勤;
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作者单位

安徽师范大学;

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授予单位安徽师范大学;
学科物理学、凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名宁利新;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TB342;O493;
关键词
第一性原理; 晶格弛豫; 稀土离子; 电-声相互作用; 电子跃迁; 发光材料;

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