Bi3+掺杂GdAlO3钙钛矿的光致发光起源：单离子与二聚体中心的发光机制解析

（编辑推荐）本研究通过稳态/瞬态光谱技术，揭示了GdAlO3:Bi中3.72 eV（UV）和2.5/2.3 eV（VIS）发射带的起源：前者源于单Bi3+中心的3P1,0→1S0跃迁，后者与{Bi3+-Bi3+}二聚体及激子局域化相关，为太阳能转换器（MMCT/IVCT）和LED材料设计提供理论依据。

　　

Highlight

Bi³⁺掺杂GdAlO₃的紫外发射光谱由两个关键带组成：主导的3.72 eV带被确认为单Bi³⁺中心三重态弛豫激发态(RES)的电子跃迁（对应自由Bi³⁺离子的³P_1,0→¹S₀），而微弱的≈3.65 eV带则归因于{Bi³⁺-Bi³⁺}二聚体中心。可见光区2.5 eV和2.3 eV发射带被解析为分别围绕单Bi³⁺离子和二聚体局域化的激子辐射。

Experimental procedure

采用改进的溶胶-凝胶法（Pechini法）合成样品，以高纯度Al(NO₃)₃·9H₂O和Gd₂O₃/Bi₂O₃为原料，该方法相比传统醇盐前驱体工艺具有更好的成分可控性。

X-ray diffraction data

所有样品均呈现纯正交钙钛矿结构（空间群Pbnm），通过全谱Rietveld精修验证，晶格参数与同步辐射数据高度吻合，证实Bi³⁺掺杂未引起相变。

Conclusions

低温（4.2 K）下，Gd³⁺磁有序亚晶格对Bi³⁺三重态发射衰变动力学的扰动可忽略，而能量转移过程（如Bi³⁺→Gd³⁺或Bi³⁺→Bi³⁺）显著影响其动力学行为。研究首次量化了GdAlO₃:Bi中Bi³⁺→Gd³⁺电子转移跃迁能，为设计磁性-光学耦合功能材料提供新见解。