Optická spektroskopie anorganických pevných látek

Garant předmětu:

Zdeněk Potůček

Přednášející:

Zdeněk Potůček

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 iontů s 3d elektronovou konfigurací 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 a v limitě slabé elektron-fononové vazby, tvary absorpčních a emisních pásů.

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

8. Experimentální metody luminiscenční a optické absorpční spektroskopie.

9. Optické vlastnosti barevných center v iontových krystalech.

10. Optická spektroskopie iontů vzácných zemin v dielektrických materiálech - energetické hladiny pro 4f elektronové konfigurace.

11. Optická spektroskopie iontů přechodových kovů v dielektrických materiálech.

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

13. Princip činnosti pevnolátkových laserů..

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Seznámení s teoretickými modely umožňujícími vysvětlit a předvídat spektroskopické vlastnosti opticky aktivních center vytvářených v pevných látkách různými bodovými poruchami a ionty příměsí a osvojení metod optické spektroskopie využívaných k nedestruktivní diagnostice materiálů.

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.

Studijní materiály:

Odborná literatura:

Základní:

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

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

Doporučená:

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

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

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

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)
• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)