Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences66808810.31857/S0002337X23100093CDENDUArticlesСтатьиUnknownLuminescence Properties of Tb3+- and Eu3+-Doped Lanthanum Magnesium PentaboratesЛюминесцентные свойства лантан-магниевых пентаборатов, легированных ионами Tb3+ и Eu3+MitinaD. D.МитинаД. Д.varya-mitya@mail.ruMaltsevV. V.МальцевВ. В.logor48@mail.ruDeynekoD. V.ДейнекоД. В.varya-mitya@mail.ruVolkovaE. A.ВолковаЕ. А.varya-mitya@mail.ruKoporulinaE. V.КопорулинаЕ. В.varya-mitya@mail.ruKuzminN. N.КузьминН. Н.varya-mitya@mail.ruKosorukovV. L.КосоруковВ. Л.varya-mitya@mail.ruJiliaevaA. I.ЖиляеваА. И.varya-mitya@mail.ruNaprasnikovD. A.НапрасниковД. А.varya-mitya@mail.ruFaculty of Geology, Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультетGeological Faculty, Lomonosov Moscow State UniversityМосковский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультетFaculty of Chemistry, Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультетMel’nikov Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources, Russian Academy of SciencesИнститут комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наукFaculty of Geology, Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультетInstitute of Spectroscopy, Russian Academy of SciencesИнститут спектроскопии Российской академии наукLandau Phystech School of Physics and Research, Moscow Institute of Physics and TechnologyФизтех-школа им. Ландау, Московский физико-технический институт0110202359101121113326022025Copyright ©; 2023, Д.Д. Митина, В.В. Мальцев, Д.В. Дейнеко, Е.А. Волкова, Е.В. Копорулина, Н.Н. Кузьмин, В.Л. Косоруков, А.И. Жиляева, Д.А. НапрасниковCopyright ©; 2023, Д.Д. Митина, В.В. Мальцев, Д.В. Дейнеко, Е.А. Волкова, Е.В. Копорулина, Н.Н. Кузьмин, В.Л. Косоруков, А.И. Жиляева, Д.А. Напрасников2023Д.Д. Митина, В.В. Мальцев, Д.В. Дейнеко, Е.А. Волкова, Е.В. Копорулина, Н.Н. Кузьмин, В.Л. Косоруков, А.И. Жиляева, Д.А. НапрасниковД.Д. Митина, В.В. Мальцев, Д.В. Дейнеко, Е.А. Волкова, Е.В. Копорулина, Н.Н. Кузьмин, В.Л. Косоруков, А.И. Жиляева, Д.А. Напрасниковhttps://transsyst.ru/0002-337X/article/view/668088

In this paper, we report the conditions and results of the synthesis of solid solutions and flux growth of single crystals with the general formula La1 − x – yTbxEuyMgB5O10 from a K2Mo3O10-based high-temperature solution. The structural properties, composition, thermal characteristics, Tb3+ and Eu3+ luminescence spectra, and excitation spectra of the solid solutions have been studied in the ranges 0.2 < x < 0.7 and 0.1 < y < 0.6. We have calculated CIE luminescence spectra of the single crystals and fabricated operating prototype emitters using them.

В работе показаны условия и результаты синтеза твердых растворов и выращивания монокристаллов La1 − x – yTbxEuyMgB5O10 из высокотемпературного раствора-расплава на основе K2Mo3O10. Исследованы структурные особенности, состав, термические характеристики, спектры люминесценции и спектры возбуждения ионов Tb3+ и Eu3+ твердых растворов при 0.2 < x < 0.7 и 0.1 < y < 0.6. Для полученных монокристаллов рассчитаны CIE-спектры люминесценции, изготовлены действующие макеты излучателей.

boratessingle crystalsflux growth processcrystal structureX-ray structure analysisdifferential thermal analysisspectroscopyphosphorsборатымонокристаллыраствор-расплавная кристаллизациякристаллическая структурарентгеноструктурный анализдифференциальный термический анализспектроскопиялюминофорыMutailipu M., Poeppelmeier K.R., Pan S. Borates: A Rich Source for Optical Materials // Chem. Rev. 2021. V. 121. № 3. P. 1130–1202. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00796Chinn S.R., Hong H.P. CW Laser Action in Acentric NdAl3(BO3)4 and KNdP4O12 // Opt. Commun. 1975. V. 15. № 3. P. 345–350. https://doi.org/10.1016/0030-4018(75)90242-4Aka G., Brenier A. Self-Frequency Conversion in Nonlinear Laser Crystals // Opt. Mater. 2003. V. 22. № 2. P. 89–94. https://doi.org/10.1016/s0925-3467(02)00351-8Wei Z., Sun L., Liao C., Yin J., Jiang X., Yan C., Lü S. Size-Dependent Chromaticity in YBO3:Eu Nanocrystals:  Correlation with Microstructure and Site Symmetry // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. № 41. P. 10610–10617. https://doi.org/10.1021/jp025967zZvezdin A.K., Krotov S.S., Kadomtseva A.M., Vorob’ev G.P., Popov Y.F., Pyatakov A.P., Popova E.A. Magnetoelectric Effects in Gadolinium Iron Borate GdFe3(BO3)4 // J. Exp. Theor. Phys. Lett. 2005. V. 81. № 6. P. 272–276. https://doi.org/10.1134/1.1931014Hölsä J., Leskelä M. Fluorescence Spectrum, Energy Level Scheme and Crystal Field Analysis of Europium(+III) Doped Lanthanum Magnesium Borate LaMgB5O10:Eu3+ // Mol. Phys. 1985. V. 54. № 3. P. 657–667. https://doi.org/10.1080/00268978500100511Lokeswara Reddy G.V., Rama Moorthy L., Packiyaraj P., Jamalaiah B.C. Optical Characterization of YAl3(BO3)4:Dy3+–Tm3+ Phosphors under Near UV Excitation // Opt. Mater. 2013. V. 35. № 12. P. 2138–2145. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.05.038Dubey V., Kaur J., Agrawal S., Suryanarayana N.S., Murthy K.V.R. Effect of Eu3+ Concentration on Photoluminescence and Thermoluminescence Behavior of YBO3:Eu3+ Phosphor // Superlattices Microstruct. 2014. V. 67. P. 156–171. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2013.12.026Шмурак С.З., Кедров В.В., Киселев А.П., Фурсова Т.Н., Зверькова И.И. Спектральные характеристики и перенос энергии Ce3+ → Tb3+ → Eu3+ в соединении LuBO3(Ce,Tb,Eu) // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 3. С. 564–576.Solarz P., Beregi E., Lisiecki R., Lengyel K., Kovács L., Ryba-Romanowski W. VIS-VUV Spectroscopy of Heavily Tb and Eu Doped Gadolinium Aluminum Borate (GAB) Crystal // J. Lumin. 2023. V. 257. P. 119717. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.119717Fouassier C., Saubat B., Hagenmuller P. Self-Quenching of Eu3+ and Tb3+ Luminescencein LaMgB5O10: A Host Structure Allowingessentially One-Dimensional Interactions // J. Lumin. 1981. V. 23. № 3–4. P. 405–412. https://doi.org/10.1016/0022-2313(81)90143-5Saubat B., Fouassier C., Hagenmuller P. Luminescent Efficiency of Eu3+ and Tb3+ in LaMgB5O10-Type Borates Under Excitation from 100 to 400 nm // Mater. Res. Bull. 1981. V. 16. № 2. P. 193–198. https://doi.org/10.1016/0025-5408(81)90081-7Dorenbos P. 5d-Level Energies of Ce3+ and the Crystalline Environment. III. Oxides Containing Ionic Complexes // Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2001. V. 64. № 12–15. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.125117Hölsä J., Leskelä M. Fluorescence Spectrum, Energy Level Scheme and Crystal Field Analysis of Europium(III) Doped Lanthanum Magnesium Borate LaMgB5O10:Eu3+ // Mol. Phys. 1985. V. 54. № 3. P. 657–667.Knitel M.J., Dorenbos P., Eijk C.W.E., Plasteig B., Viana B., Kahn-Harari A., Vivien D. Photoluminescence, and Scintillation/Thermoluminescence Yields of Several Ce3+ and Eu2+ Activated Borates // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 2000. V. 443. № 2–3. P. 364–374.Lin C.K., Yu M., Pang M.L., Lin J. Photoluminescent Properties of Sol-Gel Derived (La, Gd)MgB5O10:Ce3+/Tb3+ Nanocrystalline Thin Films // Opt. Mater. 2006. V. 28. № 8–9. P. 913–918. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2005.04.009Jouhari N., Parent C., Le Flem G. Photoluminescence of Ce3+, Tb3+, and Mn2+ in Glasses of Base Composition LaMgB5O10 // J. Solid State Chem. 1996. V. 123. № 2. P. 398–407. https://doi.org/10.1006/jssc.1996.0195Saubat B., Vlasse M., Fouassier C. Synthesis and Structural Study of the New Rare Earth Magnesium Borates LnMgB5O10 (Ln = La, …, Er) // J. Solid State Chem. 1980. V. 34. № 3. P. 271–277. https://doi.org/10.1016/0022-4596(80)90425-9Leonyuk N.I., Leonyuk L.I. Growth and Characterization of RM3(BO3)4 Crystals // Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 1995. V. 31. № 3–4. P. 179–278. https://doi.org/10.1016/0960-8974(96)83730-2Мальцев В.В., Волкова Е.А., Митина Д.Д., Леонюк Н.И., Козлов А.Б., Шестаков А.В. Выращивание и теплофизические свойства кристаллов RAl3(BO3)4 (R = Y, Nd, Gd, Lu) и RMgB5O10 (R = Y, La, Gd) // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 6. С. 645–658. https://doi.org/10.31857/S0002337X20060081Митина Д.Д., Мальцев В.В., Леонюк Н.И., Горбаченя К.Н., Дейнека Р.В., Кисель В.Э., Ясюкевич А.С., Кулешов Н.В. Выращивание и характеризация кристаллов RMgB5O10 (R = Y, La, Gd) // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 2. С. 221–232. https://doi.org/10.31857/S0002337X2002013XInorganic Crystal Structure Data Base – ICSD; Fachinformationzentrum (FIZ) Karlsruhe: Karlsruhe, Germany, 2021.Corbel G., Leblanc M., Antic-Fidancev E., Lemaître-Blaise M., Krupa J. Luminescence Analysis and Subsequent Revision of the Crystal Structure of Triclinic L‑E-uBO3 // J. Alloys Compd. 1999. V. 287. № 1–2. P. 71–78. https://doi.org/10.1016/s0925-8388(99)00023-7Judd B.R. Hypersensitive Transitions in Rare-Earth Ions // J. Chem. Phys. 1966. V. 44. P. 839. https://doi.org/10.1063/1.1726774Deyneko D.V., Morozov V.A., Vasin A.A., Aksenov S.M., Dikhtyar Y.Y., Stefanovich S.Y., Lazoryak B.I. The Crystal Site Engineering and Turning of Cross-Relaxation in Green-Emitting β-Ca3(PO4)2-Related Phosphors // J. Lumin. 2020. V. 223. P. 117196 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117196