Optical properties of wide band gap doped materials : high pressure effects

Abstract

ABSTRACT: The aim of this Thesis is the study of the optical properties of different oxide compounds doped with divalent transition metal ions (TM) such as Co (II) or trivalent rare-earth ions (RE) such as Pr (III) through different spectroscopic techniques: absorption, photoluminescence (PL), time resolved spectroscopy, Raman spectroscopy, etc. The spectroscopic techniques will be used to study the pressure-induced phase-transition from wurtzite to rock-salt phase in the case of ZnO (Raman, absorption and PL spectroscopy) and from cubic to hexagonal phase in the sesquioxides (PL spectroscopy), using for the PL experiments the optically active ions as local probes to study the pressure-induced phase-transition. We will study the effects of the size and dimensionality in the pressure induced phase-transitions in the ZnO samples as well as study the magnetic properties of the Co2+-doped ZnO through such techniques. We will also employ high pressure techniques, needed to the proper assignment of the inter-electronic transitions in the ZnO: Co2+ and crucial to explain the absence of luminescence from the 3PJ (J = 0, 1, 2) multiplet in the Pr3+-doped sesquioxides.

RESUMEN: El objetivo principal de esta tesis es el estudio de las propiedades ópticas mediante técnicas espectroscópicas como absorción, fotoluminiscencia, tiempos de vida, espectroscopía Raman, etc. de diferentes óxidos impurificados con metales de transición (TM) como el Cobalto (II) o tierras raras (RE) como el Praseodimio (III). Las técnicas espectroscópicas se utilizarán ampliamente para el estudio de las transiciones de fase inducidas por presión de la fase wurtzita a la NaCl en el caso del ZnO (Raman, absorción, fotoluminiscencia) y el paso de estructura cúbica a hexagonal en el caso de la familia de los sesquióxidos (fotoluminiscencia). En el caso del estudio de la transición de fase por fotoluminiscencia y absorción se utilizarán los iones ópticamente activos como sondas locales. También el uso de técnicas de altas presiones será necesario para la correcta interpretación de los resultados, incluso crucial para determinar por ejemplo la correcta asignación de las transiciones inter-electrónicas en el Co2+ o la explicación de la ausencia de la luminiscencia de los multipletes 3PJ (J = 0, 1, 2) en el caso de los sesquióxidos dopados con Pr3+.