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更新时间:2021-08-31
本文摘要:

磷光是一种常在掺稀土无机晶体和有机分子晶体中视察到迷人的光电子现象在光信息存储、彩色显像和生物剂量学等方面具有很大的潜力。

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磷光是一种常在掺稀土无机晶体和有机分子晶体中视察到迷人的光电子现象在光信息存储、彩色显像和生物剂量学等方面具有很大的潜力。克日来自中山大学等单元的研究人员通过X射线引发在AlN单晶闪烁体中发现了超长本征磷光(>20000秒)。相关论文以题为“X-ray radiation excited ultralong (>20,000 seconds) intrinsic phosphorescence in aluminum nitride single-crystal scintillators”揭晓在Nature Communications上。

综上所述研究者提出了在高能X射线引发下可实现AlN SCs的超长(20,000 s)本征UV磷光。

在AlN SCs中发现的X射线引发的超长磷光对明白无机质料的固有磷光机理和高能射线剂量学的应用具有重要意义。(文:水生)

论文链接:

氮化铝(AlN)是一种具有约6.2 eV超宽禁带的无机半导体其磷光、光致发光(PL)和热致发光(TL)等特性引起了广泛关注。

本文中研究者使用X射线引发AlN单晶(SCs)获得了一种紫外(UV)超长本征磷光(UIP;>20000 s)。理论研究讲明含氮空位的氮化铝(AlN)的电子结构设置可以满足上述持久性的磷光机理。

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对于AlN SCs, 在X射线光子的作用下吸收发生了大量高能非定常引发态电子。由于量子选择纪律引发态电子通过声子辅助跃迁和通过发射连续的磷光带内多历程跃迁弛缓到基态。

图3 超长固有磷光的机理。

图4 高温N2退火AlN SCs外貌缺陷分析。

图1 AlN SCs的晶体结构和磷光。

图2 在AlN SCs中X射线引发的超长磷光。

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在半导体制造技术方面源气氛退火通常被认为是淘汰缺陷的有效方法。在此基础上研究者接纳高温N2退火的方法降低了氮化铝SCs在晶体外貌的缺陷。

退火后由266 nm激光引发的PL光谱显示晶体的UV和黄色发射强度显着下降(图4a)。在325 nm的引发下晶体只有黄色发射。

在图4a中差别引发下的PL光谱出现出合理的变化在325 nm引发下UV发射消失这与VN缺陷能级的盘算是一致的。值得注意的是低能量引发(比X射线小得多)下的辐射跃迁很是快这说明吸收跃迁严格遵循低能量引发下的量子选择规则。引发态电子允许直接辐射跃迁。

在无机半导体中光的发射通常是通过从引发态到基态的直接辐射跃迁来实现的这是典型的带边跃迁严格切合跃迁选择规则。另有一种情况是引发态和基态具有相同的奇偶性它们之间的直接跃迁是克制的。然而通过声子辅助跃迁历程可以实现跃迁。

在这种情况下电子跃迁通常类似于三态引发(T1)激子的电子跃迁期望获得连续的磷光。

特殊的辐射跃迁途径如有机分子晶体中聚集三重态激子的重组使长寿命的引发态电子实现持久磷光的辐射复合其在彩色显像、光信息存储和生物成像等方面具有重要的应用前景。恒久磷光通常泛起在掺稀土的无机晶体和无金属有机分子中得益于其特殊的电子结构设置实现了磷光机理。而当前外来稀土元素和有机组分磷光发射的连续时间较短。

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面临这些障碍无机质料中由于自身缺陷或形成激子而发生的本禀发光体现出更大的潜力可实现稳定且超长的磷光发射。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18221-1

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