LiNbO3:Er3+晶体的配位场能级计算

李彩云，王永明，范英芳

(1．武警学院基础部，河北 廊坊065000；2．山西大学 分子科学研究所，山西 太原 030006)

稀土离子掺杂的上转换发光材料可用于红外探测器件、生物分子的荧光标记和防伪等诸多方面，因而受到了人们广泛的关注[1～3]。具有钙钛矿结构的LiNbO3晶体由于具有优良的离子传导、光折射和催化等性能，常被选作上转换发光材料的基质材料[4]，而稀土离子常作为上转换发光材料的重要发光元素，其中Er3+具有丰富的能级结构，是最理想的激发和敏化元素。国内外学者已在Er3+掺杂基质晶体发光方面做了大量的研究工作[5～7]，但关于Er3+掺杂晶体的理论研究却很少。

作者运用配位场理论模型对Er3+掺杂的LiNbO3晶体中的48个配位场能级进行了理论计算，以期为实验研究提供一定的理论指导。

1 LiNbO3晶体结构和配位单元的坐标选取

●.配位氧原子 △.四面体空隙全空□.八面体空隙部分空 ○. Nb5+填充 ○. Li+填充

LiNbO3晶体属于R3c空间群，图1为LiNbO3晶胞，其晶胞参数a=0.5148nm、c=1.3863nm[8]。其中的氧原子形成了四面体和八面体空隙，四面体空隙全空，而2/3的八面体空隙填充有Li+和Nb5+。阳离子到最近O平面的距离分别是：Nb-O0.1889nm和0.2112nm；Li-O0.2068nm和0.2238nm。当Er3+掺杂到LiNbO3晶体中时，它进入晶体中的Li+和Nb5+位点。在LiNbO3基质中，Er3+处于C3对称场中，但其偏离C3v的程度较小[9]。由此，计算中采取C3v对称场，以Li+所在位点为坐标原点，Z轴通过三重主轴C3，X、Y轴垂直Z轴并且通过σv平面。

2 配位场能级计算

表1 LiNbO3:Er3+晶体的配位场参数/cm-1

3 结果与讨论

通过对LiNbO3晶体中Er3+的48个能级进行计算，得到DSCPCF模型的均方根偏差为37.42 cm-1，而PCF模型的均方根偏差为39.84 cm-1。

表2 LiNbO3:Er3+晶体的配位场能级/cm-1

4 结论

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