Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Electronic band structure and luminescence properties of powdered ZrP2O7 crystals

Nedilko S. and Chornii V.

Download this article

Abstract. Ultraviolet and visible photoluminescence properties of ZrP2O7 crystals are studied under excitation in the region 3.5÷12 eV of incident photon energies. Partial densities of electronic states are calculated with a full-potential linear augmented plane-wave method for both perfect crystals and those containing two types of oxygen vacancies. The UV luminescence is considered as a radiation decay of trapped excitons formed on the basis of [ZrO6]8– polyhedrons. Generation of the ex-citons is mainly related to charge-transfer electronic transitions between the elec-tronic states Op and Zrd. The visible luminescence and its excitation are associated with processes that occur in polyhedrons containing the oxygen vacancies

Keywords: oelectronic band structure, visible luminescence, vacancy state

PACS: 71.20 -b, 78.55.Hx
UDC: 535.37
Ukr. J. Phys. Opt. 14 187-195
doi: 10.3116/16091833/14/4/187/2013
Received: 13.08.2013

Анотація. У роботі досліджено фотолюмінесцентні властивості кристалів ZrP2O7 в ультрафіолето-вій і видимій ділянках спектра за умови збудження фотонами з енергією 3.5÷12 еВ. За повнопотенціальним лінеаризованим методом приєднаних плоских хвиль розраховано парціальні густини електронних станів для досконалих кристалів і кристалів, що містять два типи кисневих вакансій. УФ–люмінесценцію розглянуто як випромінювальний розпад локалізованих екситонів, сформованих на основі багатогранника [ZrO6]8–. Генерація екситонів в основному пов’язана з електронними переходами з переносом заряду між електронними станами Op і Zrd. Люмінесценцію у видимій ділянці спектра пов’язано з процесами, які відбуваються в багатограннику, що містить кисневі вакансії.
REFERENCES
  1. Kaneyoshi M, 2006. Luminescence of some zirconium-containing compounds under vacuum ultraviolet excitation. J. Lumin. 121: 102–108. doi:10.1016/j.jlumin.2005.09.017
  2. Wu Ch and Wang Y, 2007. Study of excitation spectra of ZrP2O7:Tb in vacuum ultraviolet region. Mater. Lett. 61: 5037–5039. doi:10.1016/j.matlet.2007.03.099
  3. Torardi C C, Miao C R and Li J, 2003. Efficient UV-emitting X-ray phosphors: octahedral Zr(PO4)6 luminescence centers in potassium hafnium–zirconium phosphates K2Hf1–xZrx(PO4)2 and KHf2(1–x)Zr2x(PO4)3. J. Solid State Chem. 170: 289–293. doi:10.1016/S0022-4596(02)00087-7
  4. Miao C R and Torardi C C, 2000. A new high-efficiency UV-emitting X-ray phosphor, BaHf1–xZrx(PO4)2. J. Solid State Chem. 155: 229–232. doi:10.1006/jssc.2000.8938
  5. Hizhnyi Yu, Chornii V, Nedilko S, Slobodyanik M, Zatovsky I, Terebilenko K and Boyko V, 2013. Luminescence spectroscopy and electronic structure of ZrP2O7 and KZr2(PO4)3 crystals. doi:10.1016/j.radmeas.2013.01.068
  6. Brixner L H and Blasse G, 1991. Ultraviolet luminescence from hafnium pyrophosphate (HfP2O7). J. Solid State Chem. 91: 390–393. doi:10.1016/0022-4596(91)90095-Y
  7. Nedilko S, Nagornii P, Nedyelko I, Scherbatskii V, Stus N, Gomenyuk O, Sheludko V, Boyko V and Boyko R, 2009. Nature of intrinsic and impure luminescence of MAlP2O7 crystals. Opt. Mater. 31: 1828–1830. doi:10.1016/j.optmat.2008.12.023
  8. Smits K, Grigorjeva L, Millers D, Sarakovskis A, Grabis J and Lojkowski W, 2011. Intrinsic defect related luminescence in ZrO2. J. Lumin. 131: 2058–2062. doi:10.1016/j.jlumin.2011.05.018
  9. Petrik N G, Taylor D P and Orlando T M, 1999. Laser-stimulated luminescence of yttria-stabilized cubic zirconia crystals J. Appl. Phys. 85: 6770–6776. doi:10.1063/1.370192
  10. Zimmerer G, 2007. SUPERLUMI: A unique setup for luminescence spectroscopy with syn-chrotron radiation. Radiat. Meas. 42: 859–864. doi:10.1016/j.radmeas.2007.02.050
  11. Blaha P, Schwarz K, Madsen G, Kvasnicka D and Luitz J, 2001. WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties. Karlheinz Schwarz, Techn. Universität Wien, Austria. ISBN 3-9501031-1-2. PMCid:PMC3333307
  12. Huang C H, Knop O, Othen D A and Woodhams F W D, 1975. Pyrophosphates of tetravalent elements and Moessbauer study of SnP2O7. Can. J. Chem. 53: 79–82. doi:10.1139/v75-011
  13. Kralik B, Chang E K and Louie S G, 1998. Structural properties and quasiparticle band struc-ture of zirconia. Phys. Rev. B. 57: 7027–7036. doi:10.1103/PhysRevB.57.7027
  14. Spassky D A, Vasil'ev A N, Kamenskikh IA, Mikhailin V V, Savon A E, Hizhnyi Yu A, Nedilko S G and Lykov P A, 2011. Electronic structure and luminescence mechanisms in ZnMoO4 crystals. J. Phys.: Condens. Matter. 23: 365501. doi:10.1088/0953-8984/23/36/365501 PMid:21857097 
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics
104CDAD;A98E4D