Red-emission analysis, Judd–Ofelt intensity parameters and laser properties of CdMgZnO:xEu3+ nanocrystals: the effects of Eu3+ concentration

材料科学 发射强度 纳米晶 激光器 分析化学(期刊) 强度(物理) 光学 原子物理学 发光 化学 物理 纳米技术 光电子学 色谱法
作者
Onyekachi Kalu,I. Ahemen,Hilda E. Esparza-Ponce,A. Duarte-Möller,A. Reyes‐Rojas
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:54 (34): 345108-345108 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac021c
摘要

In this paper, we discuss a strong red Eu3+-concentration-dependent emission line associated with an electric dipole transition (5D0 → 7F2) at 616 nm in CdMgZnO:xEu3+ nanocrystals made via a sol–gel synthesis route. Oxygen interstitial defects created by the presence of a mixed-valence state of Eu 3+ and Eu2+ ions as rare-earth cations lead to a structural distortion which is confirmed by x-ray photon electron spectroscopy. The Judd–Ofelt intensity parameters, Ω2 and Ω4, obtained from the emission spectra, show a trend for Ω2 > Ω4 that translates to stronger covalence and a stable local structure surrounding the Eu3+ ions in CdMgZnO nanocrystals. The asymmetry ratio (Ro), radiative lifetime (), branching ratio , stimulated emission cross-section, and the gain bandwidth (δe× Δλeff) for 5D0 are computed and analysed. A radiative lifetime ranging from 789 to 984 µs points to a suitable material for orange-red fluorescent phosphors for lighting and display technologies. The gain bandwidth (δe× Δλeff), which is dependent on the Eu3+ concentration, suggests the use of the CdMgZnO:xEu3+ nanocrystal material in fibre amplifiers, while the sample with x = 1.5%, which yields the largest emission cross-section (15.79 × 10−22 cm2), the highest gain bandwidth (28.8 × 10−28 cm3), and a high branching ratio (71%), is the best candidate for red laser applications.

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