YPO4:Bi体系中热激发复合过程的10陷阱模型构建及其长余辉机制解析

本文推荐：作者团队针对YPO4:Bi体系开发了包含6个Bi相关中心与4个未知陷阱的10陷阱模型（FOM=5.5%），通过热释光（TL）实验数据参数化揭示了3.6/5.1 eV发光的复合通道，首次阐明室温长余辉快慢组分的起源——快组分源于浅陷阱（340 K电子陷阱主导），慢组分涉及模型外复杂过程，为紫外发光材料设计提供理论支撑。

　　

Highlight

理论与建模

为模拟YPO₄:Bi体系的复合过程，我们建立了包含10个陷阱的最小模型。每个中心用浓度函数n(t)描述，并通过矩阵形式高效表达：n = [n₁...n₈]。该模型成功整合了6个Bi相关中心（如Bi⁴⁺空穴陷阱和Bi²⁺电子陷阱）及4个未知陷阱（2浅+2深）。

结果

图2显示模拟与5.1 eV监测TL曲线的完美匹配——338 K主峰由E7中心电子脱陷主导，而H4/H6中心直接发生带间电子辐射复合。有趣的是，E3/E5中心的浓度增长不仅源于电子俘获，还涉及非辐射跃迁的"暗过程"。

讨论

YPO₄作为宽带隙（E_g=9.2 eV）宿主，其Bi³⁺离子的6s²构型对局域环境极度敏感。我们发现[Bi³⁺-Bi³⁺]对不仅形成3.6 eV发光的激子态，还能通过[Bi²⁺-Bi⁴⁺]中间态实现电子转移式发光，这种"双离子协同效应"为新型发光材料设计提供了新思路。

结论

Bi³⁺离子因其独特的6s²构型成为光学材料的"变色龙"激活剂。本研究揭示的10陷阱模型不仅解释了TL峰起源，更解码了长余辉的动力学分级机制：快组分（浅陷阱控速）如"短跑选手"，而慢组分（模型外过程）则像"马拉松运动员"，为后续材料性能优化指明了方向。