Eu掺杂SrAl$_2$O$_4$中的缺陷与长余辉发光

我们采用杂化密度泛函缺陷计算方法研究了SrAl$_2$O$_4$中的本征点缺陷和稀土（共）掺杂剂。研究发现，铕（Eu）和镝（Dy）均为混合价态，且在Sr晶格位置能量上最为有利。然而，与Eu在合成中可实现Eu$^{2+}$和Eu$^{3+}$两种价态不同，Dy主要以Dy$^{3+}$形式稳定存在，二价Dy$^{2+}$可能仅在辐照下光致生成。基于对Eu相关的带-缺陷（包括电荷转移）和组态间$5d$-$4f$光学跃迁的分析，我们将Eu$^{2+}$掺杂SrAl$_2$O$_4$中特征性的宽蓝光（445 nm）和绿光（520 nm）发射带分别归属于占据Sr1和Sr2位置的Eu$^{2+}$的$4f^65d^1$ $\rightarrow$ $4f^7$跃迁。锶间隙原子（而非通常认为的氧空位）和Dy$_{\rm Sr}$可作为室温双余辉发光的有效电子陷阱。这项工作呼吁重新评估先前为Eu和（Eu, Dy）掺杂SrAl$_2$O$_4$的双余辉发光提出的所有机制中关于特定载流子陷阱中心的某些假设。它也为理解和设计稀土掺杂荧光粉提供了方法论模板。