Разработка новых светоизлучающих материалов, накачка которых осуществляется коммерчески доступными УФ-диодами, вот уже десять лет остаётся предметом интенсивных научных изысканий. Главная задача — увеличить эффективность белой люминесценции твердотельными устройствами, что может использоваться в производстве нового поколения ламп дневного света. Преимуществами применения коммерчески доступных УФ-диодов в качестве источников накачки считаются их низкое энергопотребление, долговечность и небольшой размер.

В рассматриваемой работе дважды (CeCl₃ и TbCl₃) и трижды (CeCl₃, TbCl₃ и MnCl₂) допированные плёнки оксида гафния наносились на субстрат из борного стекла при 300 ˚С методом ультразвукового спрей-пиролиза. Ионы Ce³⁺ обладают широкой полосой поглощения в ультрафиолетовой области спектра. После облучения Ce³⁺ коммерчески доступными УФ-диодами происходит их переход в возбуждённое состояние, а затем безызлучательный перенос энергии от Ce³⁺ к Tb³⁺ и от Ce³⁺ к Mn²⁺ с получением зелёно-жёлтой и жёлто-красной люминесценций соответственно.

Рис. 1. Белая люминесценция плёнки оксида гафния, трижды допированной CeCl3, TbCl3 и MnCl2 (фото Ulises Caldino).

В случае дважды допированной плёнки перенос энергии по пути Ce³⁺ → Tb³⁺ осуществляется через диполь-квадрупольное взаимодействие, которое выглядит как наиболее вероятный механизм трансфера. Эффективность такого перехода составляет около 81% при возбуждении светом с длиной волны 270 нм. В плёнке оксида гафния, допированной Ce3+, Tb3+ и Mn2+, эффективность энергетического переноса от Ce³⁺ к Tb³⁺ и Mn²⁺ возрастает при увеличении концентрации Mn²⁺ и достигает 76% для образца с максимальным содержанием марганца.

В результате трижды допированные плёнки генерировали эмиссию холодного белого света при их возбуждении ультрафиолетом с длиной волны 270 нм, что является пиком эмиссионной длины волны коммерческого УФ-диода на основе AlGaN/GaN.