La photoluminescence (PL) est l'émission de lumière d'une substance après l'absorption de photons stimulés par la température, électricité, pression, ou dopage chimique. Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le Dr Wenge Yang du Center for High Pressure Science &Technology Advanced Research (HPSTAR) présente un fort PL tricolore obtenu dans le pyrochlore non-PL Ho 2 Sn 2 O 7 par un traitement haute pression. Il est intéressant de noter que le PL peut être considérablement amélioré après relâchement de la pression et récupéré dans les conditions ambiantes. Leur étude est publiée dans le récent numéro de Lettres d'examen physique .

Les matériaux de photoluminescence sont largement utilisés dans les domaines de la biochimie et de la médecine, qui peuvent être utilisés comme lasers, étiquettes et capteurs anti-contrefaçon. Le pyrochlore de terre rare a attiré une grande attention pour ses propriétés optiques potentielles, structure stable et propriétés chimiques. Le caractère luminescent du pyrochlore provient principalement des ions de terres rares. Il a le potentiel d'application dans des conditions extrêmes car l'émission de pyrochlore est insensible à l'environnement extérieur.

"La pression a été largement utilisée comme un outil unique pour régler les propriétés PL des matériaux, comme les pérovskites hybrides", a déclaré le Dr Wenge Yang. « Alors, que se passera-t-il pour appliquer une pression sur les matériaux non PL comme le pyrochlore structurel stable Ho ? 2 Sn 2 O 7 , un des matériaux typiques utilisés dans les réacteurs nucléaires ou l'immobilisation des déchets."

Quand Ho 2 Sn 2 O 7 est compressé au-dessus de ~31 GPa, le non-PL Ho 2 Sn 2 O 7 montre PL tricolore, s'étendant du vert au rouge jusqu'au proche infrarouge avec une dominante verte PL. Plus intéressant, le PL tricoloar est non seulement conservé mais aussi largement amélioré (deux fois amélioré en PL vert et proche infrarouge et quatre fois en PL rouge) et avec un PL rouge dominant après trempe sous pression. Comme référence, le Ho récupéré 2 Sn 2 O 7 avec une pression traitée en dessous de 31 GPa ne montre aucun PL du tout.

"En fait, la pression a induit le PL dans beaucoup de matériaux, Cependant, le PL induit par la pression dans la plupart des matériaux disparaîtra après la libération de la pression, " a déclaré le Dr Yongsheng Zhao, le principal auteur de l'étude. "Le PL tricolore à Ho 2 Sn 2 O 7 peuvent être récupérés dans des conditions ambiantes et une amélioration importante avec la libération de la pression est un comportement vraiment passionnant car ces matériaux pourraient avoir une application potentielle pour le capteur de seuil de pression sur l'historique des conditions extrêmes. »

Alors qu'est-ce qui rend le PL coloré dans le Ho compressé 2 Sn 2 O 7 ?

Pour sonder davantage l'unique PL induite dans Ho 2 Sn 2 O 7 , l'équipe a effectué des mesures de diffraction des rayons X et d'absorption des rayons X pour suivre les structures pendant la compression dans l'échantillon. Les diffractions des rayons X montrent qu'à la pression où PL a émergé, l'échantillon a également subi une transformation de structure cristalline. Et à la décompression, le matériau est passé à l'état amorphe.

"Notre analyse plus poussée sur la structure cristalline et électronique a révélé que la symétrie du site centrosymétrique de Ho ³⁺ passage à non centrosymétrique lors d'un changement structurel à haute pression, " a expliqué le Dr Yongsheng Zhao. "Cela a amélioré l'hybridation de Ho ³⁺ orbitales électroniques et entraîne ainsi l'émergence du PL tricolore. Et le PL amélioré à l'état amorphe provient de l'échange d'énergie entre les deux Ho ³⁺ , ce qui stimule un centre d'émission de plus dans l'échantillon trempé."

"Notre étude met en évidence l'effet de la pression sur la symétrie du site ionique local, qui transforme et permet en grande partie le nouveau centre d'émission d'un niveau de dopage traditionnellement inférieur à 1 % des matériaux ioniques RE à un site RE régulier (18 % dans ce cas). Le nouveau principe de physique pourrait être potentiellement utilisé pour de nombreux autres types de systèmes, " a ajouté le Dr Yang.