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f-d Transitions of Divalent Ytterbium Ions in Halide Crystals

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the 4f n conguration is relatively isolated and the next excited conguration 4f n 1 5d is situated in the range of 6 - 12 eV (50,000 - 100,000 cm 1 ) above the ground term of the 4f n conguration. By far the most common valence state of rare-earth ions in solids is the trivalent one. Some rare-earth ions, especially Sm, Eu and Yb may also oc- cur as divalent ions in crystals. For the divalent rare-earth ions, the energy separation between the 4f n and 4f n 1 5d conguration is smaller, about 3.7 eV (30; 000 cm 1 ), and transitions between them may be observed in the UV-visible spectroscopic range. Their absorption and emission spectra are notably dierent from those of the trivalent ions and are mainly composed of two types of electronic transitions: weak 4f! 4f at low energies and strong 4f ! 5d at higher energies. The former are easily understood because of their analogy to the isoelectronic trivalent rare-earth ion. In order to under- stand the 4f n ! 4f n 1 5d transitions, however, a reasonable knowledge of the energy levels of the 4f n 1 5d conguration in a solid is requested. This is generally dicult to obtain in view of the simultaneous action of the crystal eld, electron interactions and spin-orbit coupling in the 4 f n 1 5d congu- ration. The 5d states exhibit less localized nature and stronger coupling to lattice vibrations, and since the inter-conguration 4 f n ! 4f n 1 5d tran- sitions of the rare-earth ions are parity-allowed, they have intensities up to 10,000 times stronger than the strongest 4f n ! 4f n transitions. Due to these electronic properties, 4f n ! 4f n 1 5d transitions have become increasingly important in recent years for applications in fast scintillators, ultraviolet laser sources lighting and display. Moreover the lack of tunable solid-state lasers at shorter visible wavelengths has motivated the study of the optical prop- erties of doubly-valent rare-earth ions in dierent compounds. A fundamental understanding of the electronic energy levels of rare-earth ions in the 4f n and 4f n 1 5d congurations is essential not only in spectroscopy but also in materials characterization. As a consequence, a considerable amount of work has been performed on the optical properties of Eu 2+ , Sm 2+ and Yb 2+ ions in halide crystals. A halide is a binary compound, of which 3
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Informazioni tesi

  Autore: Gabriele Bellocchi
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Catania
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Francesco Priolo
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 76

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Parole chiave

spectroscopy
luminescence
rare earth
halide crystal

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