【其他论文】钬活化 β-Ga₂O₃ 纳米颗粒中出现的光学和磁学功能

        由印度喜马偕尔邦大学的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为Emergent optical and magnetic functionalities in Holmium-activated β-Ga₂O₃ nanoparticles（钬活化 β-Ga₂O₃ 纳米颗粒中出现的光学和磁学功能）的文章。

摘要

        通过固态燃烧法合成了氟化钬 （Ho³⁺） 掺杂的 β-Ga₂O₃ 纳米颗粒（掺杂量为1–3 wt.%），以研究其结构、振动、光学、发光及磁学性质的演变。X射线衍射证实了单斜晶系的 β-Ga₂O₃ 相，且在较高掺杂浓度下出现了微量的 Ho₃Ga₅O₁₂ 相，表明其溶解度极限在 1–2 wt.% 之间。威廉姆森-霍尔分析表明，在低掺杂量下存在压应力，而在较高浓度下，由于 Ho³⁺（0.90 Å）和 Ga³⁺（0.62 Å）离子之间的离子半径不匹配，会发生部分应力松弛。形态学分析显示晶粒尺寸和分布存在变化，而元素映射证实Ho³⁺在主晶格中均匀掺入。FTIR 光谱显示 Ga-O 振动模发生位移，表明掺杂位点周围存在局部晶格畸变。光学研究显示吸收边逐渐向高能端偏移，且带隙略有增宽，这归因于缺陷态的重新分布和带尾态的抑制，以及 Ho³⁺ 离子的特征性 4f 内吸收。光致发光（PL）呈现宽带蓝光发射，源于本征缺陷态，随着 Ho 的掺入，由于非辐射复合增加和缺陷景观的改变，该发射逐渐淬灭。相比之下，在 980 nm 激发下观察到强烈的绿色上转换 (UC) 发射，源于 Ho³⁺ 离子的 4f 内跃迁，通过无敏化剂的双光子激发态吸收机制，其强度随掺杂剂浓度的增加而增加。时间分辨测量表明存在一种具有微秒级寿命的主导辐射弛豫途径，而磁学研究则揭示了以反磁性和顺磁性行为为主、伴有微弱铁磁成分的现象，这归因于缺陷介导的局域磁相互作用。值得注意的是，无敏化剂绿色上转换发射的观测，以及可调的缺陷介导的光学和磁学性质，凸显了 β-Ga₂O₃ 的多功能性。这些结果表明，Ho³⁺ 掺杂能有效调节 β-Ga₂O₃ 的缺陷结构和光电响应，突显了其在多功能光子学应用中的潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mssp.2026.110616