Instability of some divalent rare earth ions and photochromic effect

Abstract

Abstract. It was shown that the divalent rare earth ions (La, Ce, Gd, Tb, Lu, and Y) in cubic sites in alkaline earth fluorides are unstable with respect to electron autodetachment since its d1 (e g ) ground state is located in the conduction band which is consistent with the general tendency of these ions in various compounds. The localization of doubly degenerate d 1 (e g ) level in the conduction band creates a configuration instability around the divalent rare earth ion that leading to the formation of anion vacancy in the nearest neighborhood, as was reported in the previous paper [Journal of Physics and Chemistry of Solids 74 (2013) 530-534]. Thus, the formation of the stable divalent ions as La, Ce, Gd, Tb, Lu, and Y (PC + centers) in CaF 2 and SrF 2 crystals during x-ray irradiation occurs via the formation of charged anion vacancies near divalent ions (Re 2+ v a ), which lower the ground state of the divalent ion relative to the conductivity band. Photochromic effect occurs under thermally or optically stimulated electron transition from the divalent rare earth ion to the neighboring anion vacancy and reverse under ultraviolet light irradiation.

Optical and structural properties of Eu2+ doped BaBrI and BaClI crystals

“…Stable divalent La, Ce, Gd, and Tb ions and accompanying them photochromic centres as possibly present as pointed in Refs. 56,57 The divalent state of these ions can be obtained by…”

Structure, synthesis, and catalytic properties of nanosize cerium-zirconium-based solid solutions in environmental catalysis

“…Moreover, a large number of reports have shown that partial incorporation of zirconium ion (Zr 4+ ) into ceria lattice can substantially enhance the redox properties and oxygen storage capacity (OSC) [19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30]. This is an interesting finding, considered that Zr 4+ is isovalent with the host Ce 4+ ion and also a fixed valent ion, so that it can not induce the valency change such as with Pr 3+/4+ or creation of charge compensating defects such as with Gd 3+ [31][32][33][34][35]. Instead, the smaller Zr 4+ , in comparison with Ce 4+ , prefers a 7-fold coordination, in contrast to the 8-fold coordination of the fluorite cation, resulting in a driving force to form oxygen vacancies associated with structural relaxation through reduction of the smaller Ce 4+ to the bigger Ce 3+ [36][37][38][39].…”

Перенос заряда и центры F типа в щелочноземельных фторидах, активированных ионами Cd-=SUP=-2+-=/SUP=- или Zn-=SUP=-2+-=/SUP=-

“…Однако легирование кристаллов некоторыми ионами двухвалентных переходных металлов, такими как Cd 2+ , Zn 2+ [2][3][4], или некоторыми трехвалентными ионами редкоземельных катонов, такими как Y, La, Ce, Gd, Tb, Lu [5][6][7][8], приводит к образованию примесного дефекта, который содержит анионную вакансию. То есть легирование некоторыми катионами увеличивает эффективность образования радиационных дефектов в анионной подрешетке, и механизмы образования таких дефектов могут быть различными.…”

“…То есть легирование некоторыми катионами увеличивает эффективность образования радиационных дефектов в анионной подрешетке, и механизмы образования таких дефектов могут быть различными. Мы рассмотрели некоторые возможности такого радиационного дефектообразования ранее [2][3][4][5][6][7][8].…”

“…Ранее [5][6][7] было предложено, что образование фотохромных центров PC + связано с конфигурационной нестабильностью основного d 1 -состояния двухвалентного редкоземельного иона, поскольку его основное состояние локализовано в зоне проводимости. То есть химическая нестабильность двухвалентных соединений для этих ионов приводит к образованию центров PC + , которые можно представить в виде двухвалентного иона вблизи анионной вакансии в щелочно-земельных фторидах.…”