Optická spektroskopie anorganických pevných látek

Přednášející:

Zdeněk Potůček (gar.)

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Na příkladu barevných center, iontů vzácných zemin a iontů přechodových kovů v izolátorech je ilustrována souvislost mezi experimentálními poznatky a teoretickými modely umožňujícími vysvětlit a předvídat spektroskopické vlastnosti optických center v pevných látkách, jako je absorpční spektrum či emisní spektrum, dosvit a účinnost luminiscence. Zvláštní důraz je kladen na vliv symetrie a kmitů krystalové mřížky na spektroskopické vlastnosti opticky aktivních center. Pozornost je věnována také fyzikálním základům experimentálních metod používaných v optické spektroskopii pevných látek, nezářivému přenosu energie mezi blízkými optickými centry a formování shluků center s odlišnými spektroskopickými vlastnostmi pozorovaným při dostatečně vysokých koncentracích a optickým procesům nastávajícím v pevnolátkových laserech.

Požadavky:

Základní znalosti z kvantové mechaniky a fyziky pevných látek.

Osnova přednášek:

1. Energetické hladiny volných atomů a iontů.

2. Optická centra ve statickém krystalovém okolí - teorie krystalového pole, štěpení energetických hladin volných iontů v závislosti na symetrii krystalového pole.

3. Energetické hladiny pro 3d elektronové konfigurace v oktaedrickém a tetraedrickém krystalovém poli.

4. Energetické hladiny F-center a příbuzných defektů.

5. Pravděpodobnost zářivého přechodu mezi stacionárními stavy, doba života excitovaného stavu, přirozená šířka spektrální čáry, výběrová pravidla.

6. Optická centra v kmitajícím krystalovém okolí - zářivé přechody v modelu konfiguračních křivek, tvary absorpčních a emisních pásů.

7. Optické metody studia fononového spektra - zářivé přechody v optických centrech v limitě slabé elektron mřížkové vazby, Ramanův rozptyl, infračervená absorpční spektroskopie.

8. Fonony vyvolané relaxační procesy - homogenní rozšíření nulfononové linie, nezářivé přechody zahrnující multifononovou emisi, účinnost luminiscence.

9. Experimentální metody luminiscenční a optické absorpční spektroskopie.

10. Barevná centra v iontových krystalech.

11. Optická spektroskopie iontů vzácných zemin v pevných látkách - energetické hladiny pro 4f elektronové konfigurace.

12. Optická spektroskopie iontů přechodových kovů v pevných látkách.

13. Spektroskopické jevy pozorované při vysokých koncentracích opticky aktivními iontů příměsí - přenos energie mezi ionty, iontové páry vázané výměnnou interakcí, koncentrační zhášení luminiscence.

14. Pevnolátkové lasery - princip činnosti, opticky čerpané tříhladinové (rubínový) a čtyřhladinové (Nd3+) lasery.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Teoretické a experimentální poznatky z optické spektroskopie barevných center, iontů vzácných zemin a iontů přechodových kovů v dielektrických materiálech, fyzikální základy experimentálních metod využívaných v optické spektroskopii pevných látek.

Schopnosti:

Schopnost vysvětlit a předvídat spektroskopické vlastnosti opticky aktivních center vytvářených v pevných látkách různými bodovými poruchami a ionty příměsí a využívat metod optické spektroskopie k nedestruktivní diagnostice materiálů v materiálovém výzkumu.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]. J. G. Solé, L. E. Bausá, D. Jaque: An Introduction to the Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, John Wiley and Sons, New York, 2005.

[2]. B. Henderson, G. F. Imbusch, Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, Clarendon Press, Oxford, 1989.

Doporučená literatura:

[3]. N. Tkachenko: Optical Spectroscopy: Methods and Instrumentations, Elsevier Science, Amsterdam, 2006.

[4]. L. Smentek, B. G. Wybourne: Optical Spectroscopy of Lanthanides, CRC Press, London, 2007.

[5]. G. Blasse, B. C. Grabmaier: Luminescent Materials, Springer Verlag, Berlin, 1994.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: