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Does Cr3+ Occupy Tetrahedral Sites and Luminesce in Oxides? A First-Principles Exploration
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-11-09 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02835
Longbing Shang 1, 2 , Mingzhe Liu 1, 2 , Chang-Kui Duan 1, 2
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-11-09 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02835
Longbing Shang 1, 2 , Mingzhe Liu 1, 2 , Chang-Kui Duan 1, 2
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The Cr3+ activators have been adopted to produce desired near-infrared broadband emission via ligand field engineering by choosing hosts with appropriate sites. First-principles calculations help to analyze the site, valence, and luminescent mechanism of the activators. Our calculations on Mg2Al4Si5O18:Cr elucidate that the activators are dominated by Cr3+ at tetrahedral Al and octahedral Mg sites, while the experimentally reported near-infrared emission previously assigned to tetrahedral sites is actually produced by Cr3+ at the octahedral site. Meanwhile, our results show that the emission energies of Cr3+ activators at octahedral sites can be well predicted. Moreover, further calculations show that the quenching of the 4T2 → 4T1 transition of Cr3+ at a tetrahedral site is general due to nonradiative relaxation pathways mediated by sublevels split off from the 4T1 multiplet states by intrinsic or Jahn–Teller distortions. Our work shows that the sophisticated first-principles calculations put together here can be effective in exploring Cr3+ and potentially more general activators in crystals, which benefit the design and optimization of luminescent materials.
中文翻译：
Cr3+ 是否占据四面体位点并在氧化物中发光？第一性原理探索
已采用Cr 3+活化剂，通过选择具有适当位点的主体，通过配体场工程产生所需的近红外宽带发射。第一性原理计算有助于分析激活剂的位点、化合价和发光机制。我们对 Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 :Cr 的计算表明，活化剂在四面体 Al 和八面体 Mg 位点主要由 Cr 3+主导，而实验报告的先前分配给四面体位点的近红外发射实际上是由 Cr 3产生的+在八面体位点。同时，我们的结果表明，Cr 3+的发射能量可以很好地预测八面体位点的激活剂。此外，进一步的计算表明， Cr 3+在四面体位置的4 T 2 → 4 T 1跃迁的猝灭是普遍的，这是由于非辐射弛豫途径介导的，亚能级通过本征或 Jahn 从4 T 1多重态分裂出来。柜员失真。我们的工作表明，将复杂的第一性原理计算放在一起可以有效地探索 Cr 3+和晶体中可能更通用的活化剂，这有利于发光材料的设计和优化。
更新日期：2022-11-09
中文翻译：
Cr3+ 是否占据四面体位点并在氧化物中发光？第一性原理探索
已采用Cr 3+活化剂，通过选择具有适当位点的主体，通过配体场工程产生所需的近红外宽带发射。第一性原理计算有助于分析激活剂的位点、化合价和发光机制。我们对 Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 :Cr 的计算表明，活化剂在四面体 Al 和八面体 Mg 位点主要由 Cr 3+主导，而实验报告的先前分配给四面体位点的近红外发射实际上是由 Cr 3产生的+在八面体位点。同时，我们的结果表明，Cr 3+的发射能量可以很好地预测八面体位点的激活剂。此外，进一步的计算表明， Cr 3+在四面体位置的4 T 2 → 4 T 1跃迁的猝灭是普遍的，这是由于非辐射弛豫途径介导的，亚能级通过本征或 Jahn 从4 T 1多重态分裂出来。柜员失真。我们的工作表明，将复杂的第一性原理计算放在一起可以有效地探索 Cr 3+和晶体中可能更通用的活化剂，这有利于发光材料的设计和优化。
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