An optical study of garnet crystals doped with neodymium ions under ambient and extreme conditions of temperature and pressure

Abstract

En esta memoria se va a llevar a cabo una caracterización óptica de tres granates dopados al 1 % con iones trivalentes de neodimio Nd3+, cuyas composiciones químicas son 𝑌3𝐴𝑙5𝑂12, 𝑌3𝐺𝑎2𝐴𝑙3𝑂12 e 𝑌3𝐺𝑎5𝑂12, identificándose como Nd:YAG, Nd:YAGG y Nd:YGG respectivamente, tanto en condiciones ambiente como extremas, de temperatura y presión. En el primer capítulo se presenta una introducción que justifica el interés en utilizar métodos espectroscópicos y la utilidad de los granates en diversos campos. En el desarrollo teórico están introducidos conceptos básicos como la estructura cristalográfica de la red y de la que presentan los iones; así como el formalismo teórico y matemático que posteriormente se utilizará en la sección de Resultados. En el capítulo de metodología se explican cómo se crecieron los cristales, cómo se prepararon las muestras, y se describen los aparatos utilizados y su configuración para obtener las medidas. Respecto al capítulo de resultados, se exponen las secciones de condiciones ambiente, la cual está subdividida a su vez en tres subsecciones: la subsección de absorción, en la cual se presentan los espectros de absorción de las distintas muestras identificando las transiciones, sus baricentros, áreas, y líneas de fuerza de oscilador, de dichas transiciones, así como los parámetros de intensidad de Judd-Ofelt obtenidos. En la subsección de luminiscencia, se añaden los espectros de emisión de las muestras, y se adjuntan las líneas de fuerza, sus probabilidades espontáneas de emisión, las tasas de desexcitación y los 41 tiempos radiativos. Y en la subsección de tiempos de vida, se presentan los tiempos de decaimiento experimentales, y los ajustes a Inokuti-Hirayama, comparándolos mediante el rendimiento cuántico. Para la sección de condiciones extremas, la subsección de temperatura se tienen diversos resultados provenientes del estudio de las intensidades integradas entre un multiplete termalizado y otro que no lo está, el corrimiento hacia el rojo de un pico con la temperatura y el estudio de las sensibilidades absoluta y relativa, todo ello para la muestra Nd:YAG. Por último, en la subsección de presión, se estudia a presiones extremas el comportamiento de los niveles de energía para las muestras del Nd:YAG y Nd:YAGG, en concreto para los multipletes 𝑅1,2 → 𝑍5.