nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2024-4-147-152nuc-767Research ArticleСтатьиСПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ НИОБАТОВ ЛАНТАНОИДОВ (Y,Lu,Gd)NbO4:Bi3+SPECTRAL-KINETIC CHARACTERISTICS OF CATHODOLUMINESCENCE OF LANTHANIDE NIOBATES (Y,Lu,Gd)NbO4:Bi3+https://orcid.org/0000-0001-6300-6758КисабековаА. А.KissabekovaА. А.

PhD, ассоциированный профессор; Высшая школа Естествознания

Павлодар

Pavlodat; Astana

akisabekova5@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4703-1413ИспуловН. А.IspulovN. A.

кандидат физико-математических наук, доцент, факультет «Computer Science»

Павлодар

Pavlodat

nurlybek_79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0049-5093АсылбаевР. Н.АssylbayevR. N.

PhD, ассоциированный профессор, Высшая школа Естествознания

Павлодар

Pavlodat

ruslanassylbay@yandex.kzhttps://orcid.org/0000-0002-6455-6142БазарбекА. Б.BazarbekА. B.

PhD, и.о. доцента

Астана

Astana

asyl.bazarbek.92@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1211-8877АкылбековаА. Д.AkylbekovaА. D.

PhD, и.о. доцента

Астана

Astana

aiman88_88@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2360-3747ЖумабековА. Ж.ZhumabekovА. Zh.

PhD, ассоциированный профессор, Факультет Computer Science

Павлодар

Pavlodat

almar89-89@mail.ruЖетписбаевЕ. К.ZhetpisbayevЕ. K.

старший преподаватель Высшая школа Естествознания

Павлодар

Pavlodat

ersain.zhetpisbaev@mail.ruПавлодарский педагогический университет имени Ә. Марғұлан; Евразийский национальный университет имени Л.Н. ГумилеваКазахстанMargulan University; L.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstanТорайгыров университетКазахстанToraighyrov UniversityKazakhstanПавлодарский педагогический университет имени Ә. МарғұланКазахстанMargulan UniversityKazakhstanЕвразийский национальный университет имени Л.Н. ГумилеваКазахстанL.N. Gumilyov Eurasian National UniversityKazakhstan20243012202404147152Copyright © Кисабекова А.А., Испулов Н.А., Асылбаев Р.Н., Базарбек А.Б., Акылбекова А.Д., Жумабеков А.Ж., Жетписбаев Е.К., 20252025Кисабекова А.А., Испулов Н.А., Асылбаев Р.Н., Базарбек А.Б., Акылбекова А.Д., Жумабеков А.Ж., Жетписбаев Е.К.Kissabekova А.А., Ispulov N.A., Аssylbayev R.N., Bazarbek А.B., Akylbekova А.D., Zhumabekov А.Z., Zhetpisbayev Е.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/767

Исследование посвящено изучению ниобатов лантаноидов легированных ионами висмута, представляющих интерес в качестве потенциальных люминофоров, используемых в различных областях деятельности человека, таких как медицина, промышленность, наука. В данной работе проведено экспериментальное исследование катодолюминесценции ниобатов (Y,Lu,Gd)NbO4:Bi3+, а именно спектральных характеристик с временным разрешением, а также кинетики затухания люминесценции для основных спектральных полос. Представлена температурная зависимость значений времени затухания катодолюминесценции для образца YNbO4:Bi3+ , измеренная в температурном диапазоне 5–295 К с интервалом в 10 К. Исследование кинетики затухания люминесценции, сделанные в этом исследовании, показали, что, по крайней мере, три ярко выраженных компонента наблюдаются в кинетике затухания при низкой температуре. Из трех компонентов основной вклад в светосумму вносит медленный микросекундный компонент со временем затухания в диапазоне 2–9 мкс. Однако отдельный интерес представляет наносекундная кинетика собственного свечения образцов в ультрафиолетовой области спектра. Наличие нескольких быстрых компонент говорит о комплексной структуре этого свечения, связанной с суперпозицией полос свечения автoлокализованных экситонов. Полученные данные представляют как научный, так и практический интерес при дальнейшей разработке функциональных материалов.

The study is devoted to the study of lanthanide niobates doped with bismuth ions, which are of interest as potential phosphors used in various fields of human activity, such as medicine, industry, and science. In this paper, an experimental study of the cathodoluminescence of niobates (Y,Lu,Gd)NbO4:Bi3+, namely, spectral characteristics with time resolution, as well as the kinetics of luminescence attenuation for the main spectral bands, is carried out. The temperature dependence of the cathodoluminescence attenuation time for the YNbO4 sample is presented.:Bi3+ measured in the temperature range of 5–295 K with an interval of 10 K. The study of the kinetics of luminescence attenuation made in this study showed that at least three pronounced components are observed in the kinetics of attenuation at low temperature. Of the three components, the main contribution to the light sum is made by a slow microsecond component with a decay time in the range of 2–9 microseconds. However, the nanosecond kinetics of intrinsic luminescence of samples in the ultraviolet region of the spectrum is of particular interest. The presence of several fast components indicates the complex structure of this glow associated with the superposition of the glow bands of autolocalized excitons. The data obtained are of both scientific and practical interest in the further development of functional materials.

катодолюминесценцияниобатывисмутспектроскопиясветодиодыcathodoluminescenceniobatesbismuthspectroscopylight-emitting diodesДанное исследование публикуется в рамках реализации грантового финансирования научных проектов Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, Грант № AP 19177651. Авторы выражают благодарность А. Красникову (Institute of Physics, University of Tartu) и С. Омелькову (Institute of Physics, University of Tartu) за помощь с проведением экспериментов и расчетов, а также М.Баран (Institute of Electronic Materials Technology, Warsaw, Poland) за синтез образцов.ReferencesКисабекова А., Красников А., Асылбаев Р., Баубекова Г. Катодолюминесцентные характеристики легированных висмутом ниобатов лантаноидов // Вестник Евразийского Национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Физика. Астрономия. – 2024. – № 4 (149) (принята в печать)Kisabekova A., Krasnikov A., Asylbaev R., Baubekova G. Katodolyuminestsentnye kharakteristiki legirovannykh vismutom niobatov lantanoidov // Vestnik Evraziyskogo Natsional'nogo universiteta imeni L.N. Gumileva. Seriya: Fizika. Astronomiya. – 2024. – No. 4 (149) (accepted for publication). In Russ.Baran M., Belikov K., Kissabekova A., Krasnikov A., Lushchik A., Mihokova E., Tsiumra V., Vasylechko L., Zazubovich S., Zhydachevskyy Ya. Origin of luminescence in Bi3+ - doped lanthanide niobates // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 859. – Р. 157800. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157800Baran M., Belikov K., Kissabekova A., Krasnikov A., Lushchik A., Mihokova E., Tsiumra V., Vasylechko L., Zazubovich S., Zhydachevskyy Ya. Origin of luminescence in Bi3+ - doped lanthanide niobates // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 859. – Р. 157800. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157800Blasse G., Bril A., J. Investigations on Bi-Activated Phosphors // The Journal of Chemical Physics. – 1968. – Vol. 48. – No. 1. – P. 217–222. https://doi.org/10.1063/1.1667905Blasse G., Bril A., J. Investigations on Bi-Activated Phosphors // The Journal of Chemical Physics. – 1968. – Vol. 48. – No. 1. – P. 217–222. https://doi.org/10.1063/1.1667905Sun, H.-T.; Zhou, J.; J. Qui, J. Recent advances in bismuth activated photonic materials // Progress in Material Science – 2014. – Vol. 64. – P. 1–72. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.02.002Sun, H.-T.; Zhou, J.; J. Qui, J. Recent advances in bismuth activated photonic materials // Progress in Material Science – 2014. – Vol. 64. – P. 1–72. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.02.002Bahng H., Oh E. S., Seo S. H., Kim J. S., Lee M., Park H. L., Choong-il Lee, Kim G.C., and Kim K. J. Cathodoluminescence Study of Bi3+ -doped YNbO4 Phosphor. // Phys. stat. sol. – 2002. – Vol.191. – No. 1. – P. 291–295. https://doi.org/10.1002/1521-396X(200205)191:13.0.CO;2-NBahng H., Oh E. S., Seo S. H., Kim J. S., Lee M., Park H. L., Choong-il Lee, Kim G.C., and Kim K. J. Cathodoluminescence Study of Bi3+ -doped YNbO4 Phosphor. // Phys. stat. sol. – 2002. – Vol.191. – No. 1. – P. 291–295. https://doi.org/10.1002/1521-396X(200205)191:13.0.CO;2-NSun, H.-T.; Zhou, J.; J. Qui, J. Recent advances in bismuth activated photonic materials // Progress in Material Science. – 2014. – Vol. 64. – P. 1–72. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.02.002Sun, H.-T.; Zhou, J.; J. Qui, J. Recent advances in bismuth activated photonic materials // Progress in Material Science. – 2014. – Vol. 64. – P. 1–72. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.02.002Awater R. H. P., Dorenbos P., Towards a General Concentration Quenching Model of Bi3+ Luminescence // J. Lumin. – 2017. – No. 188. – P. 487–489. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.05.011Awater R. H. P., Dorenbos P., Towards a General Concentration Quenching Model of Bi3+ Luminescence // J. Lumin. – 2017. – No. 188. – P. 487–489. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.05.011Park T.-K., Ahn H.-C., Mho S.-I. High Concentration of Bi3+ Incorporated into RNbO4:Eu3+ (R = La, Y, Gd) as Red Phosphors for White LED Applications // Journal of the Korean Physical Society. – 2008. – Vol. 52. – No. 2. – P. 431–434. https://doi.org/10.3938/jkps.52.431Park T.-K., Ahn H.-C., Mho S.-I. High Concentration of Bi3+ Incorporated into RNbO4:Eu3+ (R = La, Y, Gd) as Red Phosphors for White LED Applications // Journal of the Korean Physical Society. – 2008. – Vol. 52. – No. 2. – P. 431–434. https://doi.org/10.3938/jkps.52.431Shin S.H., Jeon D.Y., Suh K.S. Charge-transfer nature in luminescence of YNbO4:Bi blue phosphor // J. Appl. Phys. – 2001. – Vol. 90. – No. 12. – P. 5986–5990. https://doi.org/10.1063/1.1413954Shin S.H., Jeon D.Y., Suh K.S. Charge-transfer nature in luminescence of YNbO4:Bi blue phosphor // J. Appl. Phys. – 2001. – Vol. 90. – No. 12. – P. 5986–5990. https://doi.org/10.1063/1.1413954Liu Ch., Zhou W., Shi R., Lin L., Zhou R., Chen J., Li Zh., Liang H. Host-sensitized luminescence of Dy3+ in LuNbO4 under ultraviolet light and low-voltage electron beam excitation: energy transfer and white emission / J.Mater. Chem. C. – 2017. – No. 5. – P. 9012. https://doi.org/10.1039/c7tc03260aLiu Ch., Zhou W., Shi R., Lin L., Zhou R., Chen J., Li Zh., Liang H. Host-sensitized luminescence of Dy3+ in LuNbO4 under ultraviolet light and low-voltage electron beam excitation: energy transfer and white emission / J.Mater. Chem. C. – 2017. – No. 5. – P. 9012. https://doi.org/10.1039/c7tc03260aHan Ch.-H., Kim H.-J., Chang H., Kwon Lee S., Park H.D. Luminescent Properties of YNbO4:Bi Phosphors // Journal of The Electrochemical Society. – 2000. – No. 147(7). – P. 2800–2804. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.1393609Han Ch.-H., Kim H.-J., Chang H., Kwon Lee S., Park H.D. Luminescent Properties of YNbO4:Bi Phosphors // Journal of The Electrochemical Society. – 2000. – No. 147(7). – P. 2800–2804. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.1393609Bang, J.H.; Oh, E.S.; Seo, S.H.; Kim, J.S.; Lee, M.; Park, H.L.; Lee, C.-I.; Kim, C.C.; Kim, K.J. Cathodoluminescence study of Bi3+-doped YNbO4 phosphor // Phys. Status Solidi A. – 2002. – Vol. 191. P. 291–295. https://doi.org/10.1002/1521-396X(200205)191:13.0.CO;2-NBang, J.H.; Oh, E.S.; Seo, S.H.; Kim, J.S.; Lee, M.; Park, H.L.; Lee, C.-I.; Kim, C.C.; Kim, K.J. Cathodoluminescence study of Bi3+-doped YNbO4 phosphor // Phys. Status Solidi A. – 2002. – Vol. 191. P. 291–295. https://doi.org/10.1002/1521-396X(200205)191:13.0.CO;2-NOmelkov S. I., Nagirnyi V., Vasil'ev A. N., Kirm M. New features of hot intraband luminescence for fast timing // Journal of Luminescence. – 2016. – No. 176. – P. 309317. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.03.039Omelkov S. I., Nagirnyi V., Vasil'ev A. N., Kirm M. New features of hot intraband luminescence for fast timing // Journal of Luminescence. – 2016. – No. 176. – P. 309317. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.03.039

The authors declare that there are no conflicts of interest present.