Fotonické vlastnosti amorfních chalkogenidů Jakub Pilař Gymnázium Josefa Ressela Chrudim

Obsah 1.Cíle práce 2.Úvod 3.Výsledky a diskuze 1.Rentgenová difrakční (XRD) analýza 2.Diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) 3.Energiově disperzní rentgenová (EDX) mikroanalýza 4.Spektroskopická elipsometrie s proměnným úhlem (VASE) 5.UV-VIS-NIR spektroskopie 6.Fotoluminiscenční (PL) spektroskopie 4.Závěr

Cíle práce Studium amorfních chalkogenidů se zaměřením na fotoluminiscenční aplikace. Příprava chalkogenidových skel Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Ln 0,5 Bi 0,5, kde Ln = Pr, Nd, Dy a studium jejich termických a optických vlastností s ohledem na jejich aplikace v telekomunikacích. Pr 3+ :λ em ~ 1,35; 2,45 μm, λ exc = 0,980; 1,060; 1,550 μm Nd 3+ :λ em ~ 0,9; 1,07; 1,35 μm, λ exc = 0,808 μm Dy 3+ :λ em ~ 1,15; 1,35; 1,75 μm, λ exc = 0,808 μm

Úvod Chalkogenidová skla: vysoký index lomu nízké fononové energie propustnost od viditelné po střední infračervenou oblast elektromagnetického spektra vysoká rozpustnost iontů lanthanoidů (Ln 3+ ) relativně snadná příprava ve formě objemových vzorků i tenkých vrstev aplikace: lasery, sensory a detektory, aplikace v telekomunikacích, displeje, vlnovody

Syntéza vzorků čistota prvků: Ge (5N), Ga (5N), Bi (5N), S (4,5N), Pr (3N), Nd (3N), Dy (3N) navažování do ampulí z křemenného skla odporová kývací pec (1000 °C, 24 h) tavenina chlazena na vzduchu tvarování a leštění vzorků pro optická měření XRD – jemný prášek DSC – střípky EDX – vybroušený vzorek VASE – vyleštěný vzorek UV-VIS-NIR – vyleštěný vzorek PL – vyleštěný vzorek

Výsledky a diskuze Rentgenová difrakční (XRD) analýza CuK  Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Ln 0,5 Bi 0,5, kde Ln = Pr, Nd, Dy

Výsledky a diskuze Diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Ln 0,5 Bi 0,5, kde Ln = Pr, Nd, Dy Energiově disperzní rentgenová (EDX) mikroanalýza chemické složení bylo potvrzeno EDX analýzou LnT g (°C)T c (°C)T t (°C)T c − T g Pr Nd Dy

Výsledky a diskuze Spektroskopická elipsometrie s proměnným úhlem (VASE) Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Ln 0,5 Bi 0,5, kde Ln = Pr, Nd, Dy

Výsledky a diskuze UV-VIS-NIR spektroskopieGe 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Pr 0,5 Bi 0,5 Pr 3+ : 3 H 4 → 2S+1 L J přechody 3 H 6 (≈ 2,2 μm), 3 F 2 (≈ 1,9 μm), 3 F 3 (≈ 1,5 μm), 3 F 4 (≈ 1,4 μm), 1 G 4 (≈ 1,0 μm)

Výsledky a diskuze UV-VIS-NIR spektroskopieGe 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Nd 0,5 Bi 0,5 Nd 3+ : 4 I 9/2 → 2S+1 L J přechody 4 I 13/2 (≈ 2,5 μm), 4 I 15/2 (≈ 1,6 μm), 4 F 3/2 (≈ 0,9 μm), 2 H 9/2, 4 F 5/2 (≈ 0,8 μm), 4 S 3/2, 4 F 7/2 (≈ 0,7 μm)

Výsledky a diskuze UV-VIS-NIR spektroskopieGe 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Dy 0,5 Bi 0,5 Dy 3+ : 6 H 15/2 → 2S+1 L J přechody 6 H 11/2 (≈ 1,7 μm), 6 H 9/2, 6 F 11/2 (≈ 1,3 μm), 6 H 7/2, 6 F 9/2 (≈ 1,1 μm), 6 F 7/2 (≈ 0,9 μm), 6 F 5/2 (≈ 0,8 μm)

Výsledky a diskuze Fotoluminiscenční (PL) spektroskopie Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Pr 0,5 Bi 0,5

Výsledky a diskuze Fotoluminiscenční (PL) spektroskopie Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Nd 0,5 Bi 0,5

Výsledky a diskuze Fotoluminiscenční (PL) spektroskopie Ge 24,7 Ga 5,0 S 69,3 Dy 0,5 Bi 0,5

Závěr Byly syntetizovány a studovány termické a optické vlastnosti Ge-Ga-S: Bi x /Ln 3+ (Ln = Pr, Nd nebo Dy) skel. Studovaná Ge-Ga-S: Bi x /Ln 3+ (Ln = Pr, Nd nebo Dy) skla jsou termicky stabilní, (T c − T g ) > 100 °C, s vysokou hodnotou indexu lomu n ~ 2,1 (λ ≈ 1.3μm). Byly pozorovány fotoluminiscenční emisní pásy s maximy při ~0,9 μm; 1,1 μm; 1,35 μm; 1,5 μm; 1,7 μm; a 2,4 μm. Studované luminofory jsou potenciálně aplikovatelné pro telekomunikace, lasery, senzory a detektory, LIDAR a další.

Poděkování Děkuji Univerzitě Pardubice a projektu BRAVO II, že mi umožnili podílet se na tomto výzkumu. Jmenovitě děkuji panu prof. Tomáši Wágnerovi za odborné vedení a Lukáši Střižíkovi za odbornou pomoc a spolupráci.