Kohärenzspektroskopie als ein neues Werkzeug zur Charakterisierung von Lumineszenzmaterialien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nathalie Kunkel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278731506

Seltenerd-dotierte Materialien sind von großem Interesse für die Anwendung in LEDs und Beleuchtung, Laser- und Szintillationsmaterialien und Energiewandlern in Solarzellen. In jüngster Zeit fanden besonders solche, die mit dreiwertigen Seltenerd-Ionen dotiert sind, Beachtung aufgrund ihrer möglichen Anwendung in Quantencomputern, medizinischen Bildgebungsverfahren und Frequenzstabilisierung in Lasern. Diese sind aufgrund der schmalen homogenen Linienbreiten, gleichbedeutend mit langen Kohärenzlebensdauern, von optischen Übergängen der dreiwertigen Seltenerd-Ionen sowie ihren langlebigen spektralen Löchern möglich. Speziell Eu3+ ist in diesem Kontext sehr gut geeignet. Da die homogenen Linienbreiten bzw. Kohärenzlebensdauern sehr empfindlich gegenüber externen Störungen der lokalen Umgebung des Aktivators sind, wie Defekten, fluktuierenden Spins und durch lokale Unordnung verursachte Schwingungsmoden geringer Energie, können ihre Werte sich in scheinbar gleichen Materialien um viele Größenordnungen unterscheiden. Sie erlauben daher eine genaue Untersuchung der lokalen Umgebung, beispielsweise mit Hilfe von Photonenecho-Experimenten. Allerdings konzentrieren sich die Untersuchungen von Kohärenzeigenschaften bis jetzt hauptsächlich auf Einkristalle hoher Qualität. Vor kurzem konnte jedoch gezeigt werden, dass die Beobachtung eines Photonenechos auch an stark streuenden Pulvern prinzipiell möglich ist. Im Rahmen des Projektes möchten wir daher Kohärenzspektroskopie als ein Werkzeug zur Materialcharakterisierung nutzen, welches letztendendes zur Verbesserung von Materialeigenschaften, wie beispielsweise von Leuchtstoffen, beitragen soll. Mit Hilfe der Methode sollen Informationen zur lokalen chemischen Umgebung erhalten werden, welche mit konventioneller Spektroskopie nicht zugänglich sind. Wir werden systematische Untersuchungen der Kohärenzeigenschaften von unterschiedlich hergestellten Eu3+- und Eu2+-haltige Proben durchführen. Diese werden wir mit konventioneller Spektroskopie und weiteren Charakterisierungsmethoden kombinieren, um Einblicke in die Beziehung zwischen Kohärenzeigenschaften und lokaler Umgebung zu gewinnen, welche letztlich zur Verbesserung der Syntheseplanung von optischen Materialien, unter anderem auch Hochleistungsleuchtstoffen, dienen können. Hierzu werden zunächst Untersuchungen am Modellsystem Y2O3:Eu3+ durchgeführt, welches bereits gut mit konventioneller Spektroskopie untersucht wurde. Diese sollen dann auf Y2SiO5:Eu3+, einem möglichen Kandidaten für Quantencomputer, ausgeweitet werden. Schließlich soll die Methode auch an Eu2+-haltigen Materialien getestet werden, um zu untersuchen, ob trotz der verhältnismäßig kurzen Kohärenzzeiten wichtigen Informationen erhalten werden können, die zur Verbesserung von Eu2+-haltigen Lumineszenzmaterialien führen könnten. Wir hoffen dadurch zu einem besseren Verständnis des Einflusses der lokalen Umgebungen auf optische Materialeigenschaften beitragen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Professor Dr. Philippe Goldner