Особливості фотолюмінесценції Eu3+ у фотонно-кристалічних опалових плівках та гетероструктурах на їх основі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe68.12.785Ключові слова:
синтез монодисперсних частинок кремнезему, опалова плiвка, фотонна стоп-зона, опалова гетероструктура, пригнiчення випромiнюванняАнотація
Одношаровi опаловi плiвки та гетероструктури, отриманi за допомогою методу рухомого менiска, були охарактеризованi методами оптичної спектроскопiї з подальшою їх iнфiльтрацiєю сiллю Eu(CH3COO)3· H2O. В одношарових плiвках чiтко спостерiгається пригнiчення випромiнювання iонiв Eu3+ в областi, що вiдповiдає фотоннiй стоп-зонi. Менш виражений прояв цього ефекту у гетероструктурах, ймовiрно, зумовлений дефектами на межi iнтерфейсу двох плiвок, що приводять як до появи дозволених станiв у фотоннiй стоп-зонi, так i до розсiювання випромiнювання у напрямку спостереження. Пiсля iнфiльтрацiї плiвок глiцерином для зниження дiелектричного контрасту вiд 1,85 до 1,13, спектр випромiнювання, головним чином, визначається впливом координацiйного оточення iонiв Eu3+, що виявляється у розширеннi смуг люмiнiсценцiї та перерозподiлi спектральної iнтенсивностi випромiнювання.
Посилання
V.P. Bykov. Spontaneous emission from a medium with a band spectrum. Sov. J. Quantum Electron. 4, 861 (1975).
https://doi.org/10.1070/QE1975v004n07ABEH009654
E. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solidstate physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.2059
S. John. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices. Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.2486
M.A. Butt, S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy. Recent advances in photonic crystal optical devices: A review. Opt. Laser Technol. 142 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107265
A. Sharma, K. Goswami, H. Mondal, T. Datta, M. Sen. A review on photonic crystal based all-optical logic decoder: Linear and nonlinear perspectives. Opt. Quantum Electron. 54, 90 (2022).
https://doi.org/10.1007/s11082-021-03473-y
X.T. He, C.H. Guo, G.J. Tang, M.Y. Li, X.D. Chen, J.W. Dong. Topological polarization beam splitter in dualpolarization all-dielectric valley photonic crystals. Phys. Rev. Appl. 18, (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.044080
A.S. Kuchyanov, P.A. Chubakov, A.I. Plekhanov. Highly sensitive and fast response gas sensor based on a light reflection at the glass-photonic crystal interface. Opt. Commun. 351, 109 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2015.04.045
F. Gallego-G'oimez, M. Morales, A. Blanco, C. L'opez. Bare silica opals for real-time humidity sensing. Adv. Mater. Technol. 4, 1800493 (2019).
https://doi.org/10.1002/admt.201800493
T. Li, G. Liu, H. Kong, G. Yang, G. Wei, X. Zhou. Recent advances in photonic crystal-based sensors. Coord. Chem. Rev. 475, 31 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214909
M. Gaio, M. Peruzzo, R. Sapienza. Tuning random lasing in photonic glasses. Opt. Lett. 40, 1611 (2015).
https://doi.org/10.1364/OL.40.001611
S. Kedia, S. Sinha. Random lasing from dyed polystyrene spheres in disordered environments. J. Laser Appl. 30, (2018).
https://doi.org/10.2351/1.5041061
Y. Fu, T. Zhai. Distributed feedback organic lasing in photonic crystals. Front. Optoelectron. 13, 18 (2020).
https://doi.org/10.1007/s12200-019-0942-1
J. Wang, J. Zhou, K. Adelihan, F. Shen, H. Li. Antireflection films based on large-area 2D hollow SiO2 spheres monolayer opals. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 29, 72 (2019).
https://doi.org/10.1007/s10904-018-0966-9
L. Li, J. Li, J. Xu, Z. Liu. Recent advances of polymeric photonic crystals in molecular recognition. Dye. Pigment. 205, (2022).
https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110544
A. Lonergan, C. O'Dwyer. Many facets of photonic crystals: From optics and sensors to energy storage and photocatalysis. Adv. Mater. Technol. 8, 2201410 (2022).
https://doi.org/10.1002/admt.202201410
Q. Sun, B. Zhang, Y. He, L. Sun, P. Hou, Z. Gan, L. Yu, L. Dong. Design and synthesis of black phosphorus quantum dot sensitized inverse opal TiO2 photonic crystal with outstanding photocatalytic activities. Appl. Surf. Sci. 609, 155442 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155442
J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light (Princeton University Press, 2008) [ISBN: 978-0-6911-2456-8].
S.A. Estrada Alvarez, I. Guger, J. Febbraro, A. Turak, H.R. Lin, Y. Salinas, O. Br¨uggemann. Synthesis and spatial order characterization of controlled silica particle sizes organized as photonic crystals arrays. Materials (Basel) 15, 5864 (2022).
https://doi.org/10.3390/ma15175864
M. Matamoros-Ambrocio, E. S'anchez-Mora, E. G'omezBarojas, J.A. Luna-L'opez. Synthesis and study of the optical properties of PMMA microspheres and opals. Polymers (Basel) 13, 2171 (2021).
https://doi.org/10.3390/polym13132171
D.A. Kurdyukov, A.B. Pevtsov, A.N. Smirnov, M.A. Yagovkina, V.Y. Grigorev, V.V. Romanov, N.T. Bagraev, V.G. Golubev. Formation of three-dimensional arrays of magnetic clusters NiO, Co3O4, and NiCo2O4 by the matrix method. Phys. Solid State. 58, 1216 (2016).
https://doi.org/10.1134/S1063783416060275
E.Y. Stovpiaga, D.A. Eurov, D.A. Kurdyukov, A.N. Smirnov, M.A. Yagovkina, V.Y. Grigorev, V.V. Romanov, D.R. Yakovlev, V.G. Golubev. The synthesis of clusters of iron oxides in mesopores of monodisperse spherical silica particles. Phys. Solid State. 59, 1623 (2017).
https://doi.org/10.1134/S1063783417080273
A.B. Sal, V. Moiseyenko, M. Dergachov, A. Yevchik, G. Dovbeshko. Manifestation of metastable γ-TeO2 phase in the Raman spectrum of crystals grown in synthetic opal pores. Ukr. J. Phys. Opt. 14, 119 (2013).
https://doi.org/10.3116/16091833/14/3/119/2013
V.S. Gorelik, D. Bi, G.T. Fei. Optical properties of mesoporous photonic crystals, filled with dielectrics, ferroelectrics and piezoelectrics. J. Adv. Dielectr. 7, 1750038 (2017).
https://doi.org/10.1142/S2010135X17500382
M. Derhachov, V. Moiseienko, N. Kutseva, B. Abu Sal, R. Holze, S. Pliaka, A. Yevchyk. Structure, optical and electric properties of opal-bismuth silicate nanocomposites. Acta Phys. Pol. A 133, 847 (2018).
https://doi.org/10.12693/APhysPolA.133.847
S.S. Kurbanov, T.W. Kang. Photoluminescence properties of bare and ZnO infilled artificial opal. Opt. Commun. 282, 2040 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.optcom.2009.02.010
V.G. Golubev. Three-dimensional photonic crystals based on opal-semiconductor and opal-metal nanocomposites. NATO Sci. Peace Secur. Ser. B Phys. Biophys. 101 (2010).
https://doi.org/10.1007/978-90-481-3807-4_8
M. Kepi'nska, A. Starczewska, I. Bednarczyk, J. Szala, P. Szperlich, K. Mistewicz. Fabrication and characterisation of SbI3-opal structures. Mater. Lett. 130, 17 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.05.063
O.K. Alimov, T.T. Basiev, Y.V. Orlovskii, V.V. Osiko, M.I. Samoilovich. Conversion of the luminescence of laser dyes in opal matrices to stimulated emission. Quantum Electron. 38, 665 (2008).
https://doi.org/10.1070/QE2008v038n07ABEH013714
V. Moiseyenko, M. Dergachov, A.B. Sal, A. Yevchik. Modification of optical properties of 2,5-bis(2-benzoxazolyl)hydroquinone in opal photonic crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 14, 225 (2013).
https://doi.org/10.3116/16091833/14/4/225/2013
Y. Nishijima, S. Juodkazis. Optical characterization and lasing in three-dimensional opal-structures. Front. Mater. 2, 49 (2015).
https://doi.org/10.3389/fmats.2015.00049
J. Yu, J. Lei, L. Wang, J. Zhang, Y. Liu. TiO2 inverse opal photonic crystals: Synthesis, modification, and applications - A review. J. Alloys Compd. 769, 740 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.357
P.S. Hung, C.H. Liao, B.H. Huang, W.A. Chung, S.Y. Chang, P.W. Wu. Formation of free-standing inverse opals with gradient pores. Nanomaterials. 10, 1923 (2020).
https://doi.org/10.3390/nano10101923
E.V. Panfilova, V.A. Dyubanov. Automation of the opal colloidal films obtaining processes. In: Advances in Automation. RusAutoCon 2019. Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer 641, 2020, p. 1044.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-39225-3_110
M. Muldarisnur, F. Marlow. Structure and optical properties of opal films made by an out-of-plane electric fieldassisted capillary deposition method. ACS Omega. 7, 8084 (2022).
https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07391
Z. Yang, M. Koyama, H. Fudouzi, T. Hojo, E. Akiyama. Availability of opal photonic crystal films for visualizing heterogeneous strain evolution in steels: Example of L¨uders deformation. Tetsu-to-Hagane. 107, 681 (2021).
https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.TETSU-2021-028
P.G. O'Brien, N.P. Kherani, A. Chutinan, G.A. Ozin, S. John, S. Zukotynski. Silicon photovoltaics using conducting photonic crystal back-reflectors. Adv. Mater. 20, 1577 (2008).
https://doi.org/10.1002/adma.200702219
T. Winter, A. Boehm, V. Presser, M. Gallei. Dye-loaded mechanochromic and pH-responsive elastomeric opal films. Macromol. Rapid Commun. 42, 2000557 (2021).
https://doi.org/10.1002/marc.202000557
S.G. Romanov. Optical characterisation of opal photonic hetero-crystals. NATO Sci. Ser. II Math. Phys. Chem. 309 (2004).
https://doi.org/10.1007/1-4020-2173-9_27
W. Khunsin, S.G. Romanov, C.M. Sotomayor Torres, J. Ye, R. Zentel. Optical transmission in triple-film heteroopals. J. Appl. Phys. 104, 013527 (2008).
https://doi.org/10.1063/1.2951958
A.Z. Khokhar, F. Rahman, N.P. Johnson. Photonic crystal heterostructures from self-assembled opals. Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 102, 281 (2011).
https://doi.org/10.1007/s00339-010-6145-7
L. Zhang, B. Liu, J. Wang, S. Tao, Q. Yan. A general strategy to fabricate photonic crystal heterostructure with Programmed photonic stopband. J. Colloid Interface Sci. 509, 318 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.08.004
D. Boyang, M. Bardosova, I. Povey, M.E. Pemble, S.G. Romanov. Transmission spectrum transformation at photonic hetero-crystal interfaces - Polarization anisotropy. In: 10th Anniversary International Conference on Transparent Optical Networks, Athens, Greece, 2008, p. 68.
D.A. Eurov, D.A. Kurdyukov, E.Y. Trofimova, S.A. Yakovlev, L.V. Sharonova, A.V. Shvidchenko, V.G. Golubev. Preparation of colloidal films with different degrees of disorder from monodisperse spherical silica particles. Phys. Solid State. 55, 1718 (2013).
https://doi.org/10.1134/S1063783413080106
V.S. Gorelik, S.N. Ivicheva, L.S. Lepnev, A.O. Litvinova, V.N. Moiseenko. Emission of opal photonic crystals filled with europium and terbium. Inorg. Mater. 51, 525 (2015).
https://doi.org/10.1134/S0020168515060060
V.S. Gorelik, L.S. Lepnev, A.O. Litvinova. Photoluminescence of terbium nitrate hexahydrate incorporated into pores of opal photonic crystals. Inorg. Mater. 53, 847 (2017).
https://doi.org/10.1134/S0020168517080040
Y. Shi, F. Zhang, J. Xu, K. Zhou, C. Chen, J. Cheng, P. Li. Upconversion fluorescence enhancement of NaYF4 : Yb/Re nanoparticles by coupling with SiO2 opal photonic crystals. J. Mater. Sci. 54, 8461 (2019).
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03492-x
X. Zhang, H. Zhang, Y.-J. Li. Enhancement of the upconversion luminescence of ZnO : Yb3+/Er3+ by photonic crystals. Optoelectron. Lett. 15, 195 (2019).
https://doi.org/10.1007/s11801-019-8150-1
V.N. Moiseienko, V.S. Gorelik, B.A. Sal, O.V. Ohiienko, D.O. Golochalov. Luminescent properties of nanocomposite-Bi12SiO20, filled with C6H9EuO6 ×H2O. J. Phys. Conf. Ser. 1348, 012096 (2019).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1348/1/012096
Y. Wang, W. Xu, S. Cui, S. Xu, Z. Yin, H. Song, P. Zhou, X. Liu, L. Xu, H. Cui. Highly improved upconversion luminescence in NaGd(WO4)2 : Yb3+/Tm3+ inverse opal photonic crystals. Nanoscale. 7, 1363 (2015).
https://doi.org/10.1039/C4NR05688D
Z. Chai, Z. Yang, A. Huang, C. Yu, J. Qiu, Z. Song. Preparation and upconversion luminescence modification of YbPO4 : Er3+ inverse opal heterostructure. J. Rare Earths. 35, 1180 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.jre.2017.06.009
Y. Ren, Z. Yang, M. Li, J. Qiu, Z. Song, D. Zhou, B. Liu. Upconversion luminescence modification induced near infrared luminescence enhancement of Bi2Ti2O7 : Yb3+, Er3+ inverse opals. J. Lumin. 208, 150 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.12.037
W. St¨ober, A. Fink, E. Bohn. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
https://doi.org/10.1016/0021-9797(68)90272-5
A.V. Baryshev, A.A. Kaplyanskii, V.A. Kosobukin, K.B. Samusev, D.E. Usvyat, M.F. Limonov. Photonic band-gap structure: From spectroscopy towards visualization. Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 70, 113104 (2004).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.113104
A.S. Sinitskii, A.V. Knot'ko, Y.D. Tretyakov. Silica photonic crystals: synthesis and optical properties. Solid State Ionics. 172, 477 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.ssi.2004.01.048
V.M. Masalov, N.S. Sukhinina, G.A. Emel'chenko. Colloidal particles of silicon dioxide for the formation of opallike structures, Phys. Solid State. 53, 1135 (2011).
https://doi.org/10.1134/S1063783411060229
E.N. Samarov, A.D. Mokrushin, V.M. Masalov, G.E. Abrosimova, G.A. Emel'chenko. Structural modification of synthetic opals during thermal treatment. Phys. Solid State. 48, 1280 (2006).
https://doi.org/10.1134/S1063783406070109
O. V. Ohiienko, V.N. Moiseyenko, T.V. Shvets. Luminescent properties of europium (III) acetate monohydrate in synthetic opal pores. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 701, 72 (2020).
https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1732564
A. Yevchik, V. Moiseyenko, M. Dergachov. The influence of structural defects on the optical properties of synthetic opals. Ukr. J. Phys. Opt. 16, 24 (2015).
https://doi.org/10.3116/16091833/16/1/24/2015
K. Binnemans. Interpretation of europium(III) spectra. Coord. Chem. Rev. 295, 1 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2015.02.015
S. Ganapathy, V.P. Chacko, R.G. Bryant, M.C. Etters. Carbon CP-MASS NMR and X-ray crystal structure of paramagnetic lanthanide acetates. J. Am. Chem. Soc. 108, 3159 (1986).
https://doi.org/10.1021/ja00272a001
S.G. Torres, I. Pantenburg, G. Meyer. Direct oxidation of europium metal with acetic acid: Anhydrous europium(III) acetate, Eu(OAc)3, its sesquihydrate, Eu(OAc)3(H2O)1.5, and the "hydrogendiacetate", [Eu(H(OAc)2)3](H2O). Zeitschrift Fur Anorg. Und Allg. Chemie. 632, 1989 (2006).
https://doi.org/10.1002/zaac.200600154
M.A. Kaliteevskii, V.V. Nikolaev, R.A. Abram. Eigenstate statistics and optical properties of one-dimensional disordered photonic crystal. Phys. Solid State. 47, 1948 (2005).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
