Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 12 (Декабрь 2020), c. 1437-1445    ( к оглавлению , назад )

Spectroscopic study of the TbAl3(BO3)4 single crystal: Raman and luminescence spectroscopy

A. V. Peschanskii and A. Yu. Glamazda

1B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov 61103, Ukraine
E-mail: peschansky@ilt.kharkov.ua

I. A. Gudim

2L. V. Kirensky Institute of Physics, Siberian Branch of RAS, Krasnoyarsk, 660036, Russia

Received September 30, 2020, published online October 21, 2020

Abstract

The vibrational and luminescence properties of the TbAl3(BO3)4 single crystal were studied in the temperature range of 5–300 K. Raman spectra of the single crystal revealed 5 of 7 A1 and all Е phonon modes predicted by the group-theory analysis. The splitting energy between the LO and TO components of polar E phonons is determined. A group of intense bands associated with the 5D47F0 electronic transition was observed in the energy range of 14520–14680 cm–1 of the luminescence spectra. The intensity of these bands decreases upon heating. At the same time, the bands which can be assigned with 5D47F6, 5D47F5, and 5D47F4 transitions were revealed in luminescence spectra at room temperature. The intensity of these bands is comparable to the intensity of the Raman spectrum of TbAl3(BO3)4. The observation of luminescence from the 5D4 multiplet (20600–20750 cm–1) upon excitation at λexc = 632.8 nm (15803 cm–1) and λexc = 532 nm (18797 cm–1) indicates strong nonlinear properties of the studied crystal. The structure of the main 7F6 multiplet of Tb+3 in the TbAl3(BO3)4 single crystal has been studied at 5 K by Raman spectroscopy. The energies of the electronic levels of 7F6 and 5D4 multiplets were determined from the luminescence spectra measured at 300 K.

Анотація

Досліджено коливальні та люмінесцентні властивості монокристалу TbAl3(BO3)4 в інтервалі температур 5–300 К. В раманівських спектрах монокристалу виявлено 5 з 7 A1 та всі, що передбачено теоретико-груповим аналізом, Е фононні моди. Визначено енергію розщеплення між LO й TO компонентами полярних Е фононів. В спектрах люмінесценції, в діапазоні 14520–14680 см–1, виявлено групу інтенсивних смуг, яка може бути пов'язана з електронним переходом 5D47F0. При нагріванні інтенсивність цих смуг зменшується. У той же час при кімнатній температурі спостерігаються смуги, які можуть бути пов’язані з 5D47F6, 5D47F5 та 5D47F4 переходами, інтенсивність яких порівнянна з інтенсивністю смуг в раманівському спектрі TbAl3(BO3)4. Спостереження люмінесценції з рівня 5D4 (20600–20750 см–1) при збудженні λexc = 632,8 нм (15803 см–1) та λexc = 532 нм (18797 см–1) свідчить про сильні нелінійні властивості досліджуваного кристалу. Методом раманівської спектроскопії досліджено структуру основного мультиплету 7F6 іону Tb+3 в монокристалі TbAl3(BO3)4 при 5 К. З аналізу спектрів люмінесценції визначено значення енергій електронних рівнів мультиплетів 7F6 та 5D4 при 300 К.

Key words: TbAl3(BO3)4, vibrational spectrum, electronic transitions, Raman spectroscopy, luminescence.