Luminescence Mechanism of Bi3+ Doped Materials: First Principles Studies

随基质材料的不同，Bi3+离子可以产生深紫外、可见乃至近红外区域的发光，经常被用作各类发光材料中的激活离子。对Bi3+掺杂的能级结构和发光机理研究有助于新型发光材料的设计和性能改进。本文对近期开展的第一性原理计算的相关方法和结果进行分析总结，讨论了Bi3+掺杂体系基态和激发态的局域结构和电子结构共性，借助位形坐标图分析讨论了该类材料激发、弛豫以及发射的动力学过程。所研究的激发态主要涵盖了Bi3+的6s16p1电子组态、配体⁃掺杂离子电荷迁移态6s26p1加束缚空穴、金属⁃金属电荷迁移态6s1加束缚电子以及电子在离子对间迁移形成的Bi2+⁃Bi4+离子对等4种类型。全文力图从Bi3+光谱学特征的实验指认出发，通过总结各种发光过程的物理图像及理论描述，以若干代表性例子作为依托，展示有关理论和计算对实验现象的分析和指引作用。同时，也简要讨论了发光中心局域结构、基质带隙、缺陷能级等与Bi3+离子发光性质之间的联系。