Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
35
I–17 
Multisite luminescence of rare earth ions doped Y
4
Al
2
O
9
 crystals 
 
Michał Malinowski
1
, Marcin Kaczkan
1
, Sebastian Turczyński
2
 
 
1 
Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Technical University of Warsaw, Koszykowa 75,  
00-662 Warsaw, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Institute of Electronic Materials Technology, Wolczynska 133, 01-919 Warsaw, Poland 
 
 
Over the past several years there has been an ongoing research for trivalent rare-earth (RE
3+
) 
activated materials for optical amplifiers, lasers, phosphors and scintillators. Oxide crystals and 
nanocrystals from the  Y
2
O
3
-Al
2
O
3
 binary system are  one of the most studied groups  of optical 
materials, owing to their various applications. The monoclinic Y
4
Al
2
O
9
 (YAM) phase is the least 
studied  one  and  only  limited  information  is  available  on  the  spectroscopic  properties  of  this 
system so  far. YAM is more complicated than YAG and  YAP crystals due to the existence of 
four distinct Y
3+
 sites which could be substituted by RE
3+
 ions [1]. Limited spectroscopic studies 
of RE
3+
 ions in YAM have confirmed multisite features of this host lattice [2–4].  
 
In  this  study,  we  have  considered  RE
3+
  dopant  ions  as  structural  probes  to  investigate 
changes of the local environment and to resolve the multisites of rare earth ions in YAM host. 
This  was  based  on  high  resolution  absorption,  excitation  and  emission  spectra  measurements 
and selectively excited fluorescence decays performed at low temperatures.  
YAM samples, with Pr
3+
, Sm
3+
, Eu
3+
 and Yb
3+
 activator concentrations of 0.1, 1, 5 and 10 at.%, 
used  in  this  study  were  grown  by  micro-pulling  down  (-PD)  method  in  the  Institute  of 
Electronic Materials Technology (ITME) in Warsaw. Polycrystals in the form of rods 2–3 mm 
in diameter and several cm long were obtained.  
 
Sm
3+
  and  Eu
3+
  have  been  employed  as  a  structural  probe  because  of  its  hypersensitive 
transitions; 
4
G
5/2
  → 
6
H
9/2
  and 
5
D
0
  → 
7
F
2
  respectively,  which  intensity  can  vary  by  orders  of 
magnitude depending on the local environment. Also, important and unique feature of Eu
3+
 ions 
is  the  existence  of 
7
F
0
  ↔ 
5
D
0
  transitions  connecting  two  non-degenerate  levels  that  cannot  be 
split  by  crystal-field  effects.  Thus,  the  number  of  lines  related  to  this  transition  reflects  the 
number  of  sites  occupied  by  Eu
3+
  ions  in  the  matrix.  Anti-Stokes,  up-conversion  fluorescence 
originating from the 
3
P
0
 state while exiting the 
3
H
4
 → 
1
D
2
 transition was observed in Pr
3+
:YAM. 
The participation of distinct sites to up-conversion emission was revealed for the first time. The 
dynamical  behavior  of  the  upconverted  emission  arising  from  four  sites  was  studied  and 
modeled via energy transfer process. 
 
New  results  on the  site  preferences  for impurity ions,  number  of  ion sites,  their relaxation 
dynamics and energy transfer between RE
3+
 ions in different sites are presented and discussed in 
a function of temperature and activator concentration.
 
 
Keywords: rare earth ions; photoluminescence; site-selective spectroscopy; energy transfer 
 
Acknowledgment 
This work was supported by the Polish National Science Center NCN 2012/07/B/ST5/02406 project. 
 
References  
[1]  C. D. Brandle, H. Steinfink, Inorg. Chem. 8 (1969) 1320. 
[2]  Y. Rabinovitch, O.K.  Moune, D. Tetard, M.D. Faucher, J. Phys. Chem. A 108 (2004) 8244. 
[3]  M. Kaczkan, Z. Boruc, S. Turczyński, D. Pawlak, M. Malinowski, J. Lumin. 170 (2016) 330. 
[4]  M. Kaczkan, S. Turczynski, D.A. Pawlak, M. Wencka, M. Malinowski, Opt. Mater. 58 (2016) 412. 
 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
36 
I–18 
Terahertz-band spectroscopy investigation of boson peak 
in glassy glucose 
 
Tatsuya Mori
1
, Mikitoshi Kabeya
1
, Yasuhiro Fujii
2
, Suguru Kitani
3
, 
Hitoshi Kawaji
3
, Akitoshi Koreeda
2
, Jae-Hyeon Ko
4
, and Seiji Kojima
1
 
 
1 
Division of Materials Science, University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki 305-8573, Japan, 
2 
Department of Physical Sciences, Ritsumeikan University, Kusatsu, Shiga 525-8577, Japan, 
3 
Laboratory for Materials and Structures, Tokyo Institute of Technology, Yokohama 226-8503, Japan 
4 
Department of Physics, Hallym University, Chuncheon, Gangwondo 24252, South Korea, 
e-mail: [e-mail] 
 
 
Glassy  materials  show  the  boson  peak  (BP)  at  terahertz  frequency  region,  which  is  a 
universal feature observed in specific heats, Raman scattering, and inelastic neutron scattering. 
Recently, we have pointed out that terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) is suitable to 
detect the BP [1], although many recent researchers had been not aware that or forgotten the past 
far-infrared studies[1]. 
 
In the vibrational density of states spectrum g, the BP appears as a peak in the representation 
of g/ν
2
 (ν: frequency) not in the g spectrum directly. Considering the relation of α = CIR∙g (α: 
absorption coefficient, CIR: infrared light-vibration coupling coefficient) [2], the BP appear in 
the α/ν
2
 representation in infrared spectrum, i.e. the BP is not a peak of the absorption spectrum, 
although it is a universal dynamic feature of glassy materials. 
 
In this study, we demonstrate the THz-TDS on vitreous glucose which is hydrogen-bonded 
organic glass material. Fig. 1 shows boson peak representation α/ν
2
 of vitreous glucose. The BP 
appears at around 1 THz clearly. Due to the relaxation process existing in low frequency region, 
the  low  frequency  part  of  the  each  THz  spectrum  increases  as  temperature  increases.  We  will 
compare the results with the low-frequency Raman scattering and low-temperature specific heat 
results. 
0
1
2
0
10
20
30
40
50
300 K
 300 K  
 150 K
 250 K  
 100 K
 200 K  
   50 K
                      
   14 K
α
/
ν
2
 (
cm
-1
T
H
z
-2
)
ν
 (THz)
Glassy glucose
Boson peak
14 K
 
Fig. 1. Boson peak representation α/ν
2
 of glassy glucose detected by THz-TDS. 
 
Keywords: Boson peak, terahertz time-domain spectroscopy, specific heat, glass, glucose  
 
Acknowledgments 
This  work  was  partially  supported  by  JSPS  KAKENHI  Grant  No.  17K14318  and  No.  26287067,  the 
Nippon Sheet Glass Foundation for Materials Science and Engineering, and the Asahi Glass Foundation. 
 
References  
[1]  C. D. Brandle, H. Steinfink, Inorg. Chem. 8 (1969) 1320M. Kabeya, T. Mori, Y. Fujii, A. Koreeda, B. 
W. Lee, J. H. Ko, S. Kojima, Physical Rev. B 94 (2016) 224204. 
[2]  F. L. Galeener and P. N. Sen, Physical Rev. B 17 (1978) 1928.  

---