Propiedades ópticas de nanoestructuras basadas en capas de fluoruro de bario dopado con europio divalente fabricadas por depósito por láser pulsado (PLD)

7 Feb, 2022 | LPG

Avanzando hacia la emisión de luz blanca basada en nanoestructuras de europio.

Las láminas delgadas de espesor submicrométrico se emplean en una gran variedad de aplicaciones ópticas. Entre las aplicaciones potenciales actuales destacan la emisión de luz blanca y la energía fotovoltaica. Sus capacidades dependen fundamentalmente de su composición y estructura ya que determinan su repuesta óptica, de forma que el uso de nuevas técnicas de síntesis que permitan su control a nivel de nanoescala nos proporcionan nuevas posibilidades.
En este estudio se sintetizaron nanoestructuras en lámina delgada formadas por capas nanocristalinas de fluoruro de Bario (BaF2) dopadas con Eu2+ separadas por capas de óxido de aluminio (Al2O3) mediante depósito por láser pulsado secuencial en vacío. Esta técnica permite crear capas de espesores nanométricos, así como controlar la distribución del Eu2+ dopante dentro de la capa.
Tras su fabricación, las nanoestructuras se sometieron a un recocido térmico en atmósfera de nitrógeno para activar la luminiscencia del Eu2+ evitando su oxidación. Los resultados muestran como las nanoestructuras producidas emiten luz con unas características cromáticas cercanas a las de la luz blanca pura.

El objetivo de este estudio es entender las propiedades ópticas de estas nanoestructuras para determinar cuál debería ser la configuración óptima para el diseño de un LED emisor de luz blanca basado en estos materiales.

leds

La iluminación de estado sólido con diodos emisores de luz (LED) cuenta con muchas características ventajosas que incluyen bajo consumo de energía, alto brillo y una larga vida útil.

La tecnología actual de los diodos emisores de luz blanca se basa bien en un LED azul combinado con un fósforo (YAG: Ce3+) recubierto con resina epoxi, o bien en la combinación de dos fuentes de excitación UV o azul con diferentes fósforos dopados con tierras raras que emiten luz azul, verde y roja. Ambas soluciones son complejas y presentan un rendimiento limitado, por lo que un LED de luz blanca basado en un solo material resultaría en un proceso de fabricación más simple.

Europio

El europio divalente (Eu2+) presenta una emisión de luz en una banda ancha del espectro visible. Esta emisión se debe a la transición electrónica 4f65d1 a 4f7 que se produce en los orbitales externos del átomo. Por este motivo dicha transición en muy sensible al campo cristalino y, por tanto, a la nanoestructura y configuración del material a diferencia de lo que ocurre en el caso del Eu3+.

Una energía más baja conduce a una fase de TiO2 con una menor contribución de TiN, mientras que una fluencia más alta produce una mayor cantidad de TiN .
Este es un trabajo de colaboración entre el Grupo de Procesado por Láser del Instituto de Óptica, el departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Biomédica del Instituto Espacial de la Universidad de Tennessee, el Centro de Aplicaciones Láser del Instituto Espacial de la Universidad de Tennessee, el departamento de Ingeniería y Ciencia de Materiales de la Northwestern University de Evanston y de la División de Ciencia de Materiales del Laboratorio Nacional de Argonne.

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