Deposito por láser pulsado y evolución estructural de nanocapas de BaF2 en películas delgadas de nanocompuestos ópticos en capas BaF2/Al2O3 dopados con Eu
Controlando la formación de nanocristales del fluoruro de bario dopados con Europio (BaF2:Eu) para su integración en futuros dispositivos ópticos tales como LEDs.
Ventajas y aplicaciones del fluoruro de bario
El fluoruro de bario es un compuesto muy valioso gracias a sus especiales propiedades ópticas. Es transparente en el rango espectral del ultravioleta al infrarrojo medio (hay muy pocos compuestos transparentes a la luz ultravioleta) y tiene un índice de refracción bajo que sirve para reducir las pérdidas por reflexión en la fabricación de lentes y otros componentes ópticos.
El BaF2 también se puede utilizar como «centellador» para la detección en física de alta energía y diagnóstico médico, el material puede absorber la radiación ionizante de rayos X, rayos γ o partículas α y β y convertirlos en varios fotones de luz visible, lo que causa el centelleo que sirve para detectar las otras partículas.
Además, después de la adición de dopantes de tierras raras, el BaF2 puede utilizarse como emisor de luz para incorporarlo en celulas solares, dispositivos de bioimagen o diodos emisores de luz (LEDs).
Esquema del procedimiento de crecimiento de las capas
Entre los materiales de fluoruro dopados con tierras raras en los que se ha explorado este comportamiento, BaF2 con dopantes de Eu ha mostrado un excelente comportamiento de fotoluminiscencia, con capacidad de emitir luz roja Eu3+, emisión azul Eu2+ y emisión multifotónica, gracias a su capacidad de recibir un fotón de alta energía y emitir dos, lo que permite eficiencias de conversión de fotones superiores a la unidad.
Control de la estructura de las nanoestructuras
Para poder utilizarlos en componentes ópticos miniaturizados es importante controlar la estructura de estos materiales, dónde se sitúan los iones de tierras raras (Eu en este caso) y la estructura cristalina del compuesto, que determinará las propiedades ópticas del conjunto.
Una forma de controlar la interacción entre los iones de tierras raras y el material huésped es fabricarlos formando láminas muy delgadas,de unos pocos nanómetros del material, formando así nanocompuestos en capas alternas de dopantes de tierras raras y el material huésped. De esta forma además se consigue controlar la estructura del fluoruro y el tipo de cristal que se forma.
Como se puede imaginar, depositar capa sobre capa de películas uniformes de un espesor de pocos nanómetros no es una tarea fácil, y anteriormente se han probado distintas técnicas que sufren ciertas limitaciones que las hacen inadecuadas para la investigación presentada en este artículo.
El trabajo
Este equipo investigador ha desarrollado por primera vez una técnica de deposición por láser pulsado (PLD) que permite el crecimiento de películas delgadas a nanoescala y uniformes de BaF2, mediante el control de las condiciones de deposición que permite esta técnica.
Los nanocristales formados de BaF2 están marcados en amarillo. Fijarse en la escala de unos pocos nm en las imágenes.
del Argonne National Laboratory (IL, USA), el Mechanical, Aerospace and Biomedical Engineering Department de la University of Tennessee Space Institute, (Tullahoma, TN 3, USA) y el Grupo de Procesado por Láser del IO-CSIC.
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