Energy transfer in Sr_0.6Ba_0.4Nb₂O₆ through its ferroelectric phase transition

U. Caldiñoª, E. Martín–Rodríguez^b, D. Jaque^b and J. Garcia Solé^b and M. Bettinelli^c

ª Departamento de Física, Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa, PO Box 55–534, 09340 México, DF, México, e–mail: cald@xanum.uam.mx

^bDepartamento de Física de Materiales, Universidad Autónoma de Madrid, Cantoblanco, 28049, Madrid, Spain, e–mail: emma.martin@uam.es, daniel.jaque@uam.es, jose.garciasole@uam.es

^c Dipartimento Scientifico e Tecnológico, Universita di Verona, and INSTM, UdR Verona, StradaLe Grazie 15,I–37314 Verona, Italy, e–mail: marco.bettinelli@univr.it

Recibido el 9 de noviembre de 2007
Aceptado el 9 de agosto de 2008

Abstract

Resonant Nd³⁺ Yb³⁺ energy–transfer in the Nd³⁺ and Yb³⁺ co–doped Sr_0.6Ba_0.4(NbO₃)₂ (SBN) crystal is investigated by using pulsed and steady state laser spectroscopy. Spectroscopic data revealed that the energy transfer occurs via a non–radiative process. The efficiency of this energy transfer was estimated from spectral data in around 35%. Back energy transfer is not observed at the 295–415 K temperature range. A marked reduction in the luminescence intensity of Yb³⁺ ions directly excited into their ²F₇/₂ ²F₅/₂ transition, taking place at around 345 K, is due to the ferro to paraelectric phase transition in SBN. This thermal behavior, which is not clearly manifested when Yb³⁺ ions are excited via Nd³⁺ ions, has been explained in terms of structural changes taking place around the Yb³⁺ ions when the crystal becomes non–polar.

Keywords: Energy transfer efficiency; luminescence; spectroscopy; SBN; Nd³⁺; Yb³⁺; phase transition.

Resumen

La transferencia de energía resonante Nd³⁺ Yb³⁺ en el cristal Sr_0.6Ba_0.4(NbO₃)₂ (SBN) codopado conYb³⁺ y Nd³⁺ es investigada mediante espectroscopia láser pulsado y estacionario. Datos espectroscópicos revelaron que la transferencia de energía ocurre vía un proceso no–radiativo. La eficiencia de esta transferencia de energía fue estimada de los datos espectrales en alrededor de 35%. La transferencia de energía a la inversa (Yb³⁺ Nd³⁺) no es observada en el rango de temperaturas 295–415 K. Una marcada reduccion en la intensidad de luminiscencia de los iones Yb³⁺ directamente excitados dentro de su transición ²F₇/₂ ²F₅/₂, ocurriendo en alrededor de 345 K, es debida a la transicion de fase ferro a paraeléctrica de SBN. Esta conducta térmica, la cual no es claramente manifestada cuando los iones Yb³⁺ son excitados vía los iones Nd³⁺, ha sido explicada en terminos de cambios estructurales ocurriendo alrededor de los iones Yb³⁺ cuando el cristal se convierte en no–polar.

Descriptores: Transferencia de energía; luminiscencia; transiciones de fase; espectroscopia; SBN; Nd³⁺; Yb³⁺.

PACS: 42.55.Rz; 42.62.Fi; 42.70.Hj; 42.70.Mp

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Acknowledgments

This work has been supported by the Spanish Ministry of Science and Technology under project contract MAT2004–03347 and by the CONACyT (México) under project contract 43016–F.

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