Abstract Photoluminescence characteristics of single crystals of Ce3+-doped rare-earth oxyorthosilicates RE2SiO5 (RE: Y, Lu) with different Ce3+ concentrations are studied in the 4.2–500 K temperature range by the steady-state and time-resolved spectroscopy methods. The concentrations of single and dimer Ce3+-related centers of different types in the investigated crystals are evaluated from their EPR spectra. On the basis of the obtained results and analysis of literature data, the origin of the Ce3+-related centers responsible for the luminescence of these crystals is clarified and a new interpretation of their luminescence spectra is proposed. The suggestion is made that the dominating higher-energy (violet) doublet emission band of Y2SiO5:Ce and Lu2SiO5:Ce (denoted earlier as the Ce1 emission) arises from the Ce3+ ions substituting for the host crystal lattice rare-earth RE3+ ions in both RE1 and RE2 lattice sites and, thus, can be considered as the superposition of the strong Ce1 and weak Ce2 emission bands. The weaker lower-energy (blue) broad emission band (denoted earlier as the Ce2 emission) is ascribed to the dimer {Ce3+ - Ce3+} centers. No centers with the local X1 structure, containing Ce3+ ions and neighboring O2− ions (the CeO9 clusters embedded into the crystal lattice of the X2 structure), reveal themselves in the EPR spectra.

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Y2SiO5:Ce和Lu2SiO5:Ce单晶的发光起源

摘要 采用稳态和时间分辨光谱法研究了不同 Ce3+ 浓度的 Ce3+ 掺杂稀土氧正硅酸盐 RE2SiO5 (RE: Y, Lu) 单晶在 4.2-500 K 温度范围内的光致发光特性。所研究晶体中不同类型的单聚体和二聚体 Ce3+ 相关中心的浓度通过它们的 EPR 光谱进行评估。在获得的结果和文献数据分析的基础上，阐明了负责这些晶体发光的Ce3+相关中心的起源，并提出了对其发光光谱的新解释。建议 Y2SiO5:Ce 和 Lu2SiO5 的主要高能（紫色）双峰发射带：Ce（之前表示为 Ce1 发射）由 Ce3+ 离子取代 RE1 和 RE2 晶格位中的主晶格稀土 RE3+ 离子产生，因此可以认为是强 Ce1 和弱 Ce2 发射的叠加乐队。较弱的低能量（蓝色）宽发射带（之前表示为 Ce2 发射）归因于二聚体 {Ce3+ - Ce3+} 中心。没有具有局部 X1 结构的中心，包含 Ce3+ 离子和邻近的 O2− 离子（CeO9 簇嵌入 X2 结构的晶格中），在 EPR 光谱中显示它们自己。较弱的低能量（蓝色）宽发射带（之前表示为 Ce2 发射）归因于二聚体 {Ce3+ - Ce3+} 中心。没有具有局部 X1 结构的中心，包含 Ce3+ 离子和邻近的 O2− 离子（CeO9 簇嵌入 X2 结构的晶格中），在 EPR 光谱中显示它们自己。较弱的低能量（蓝色）宽发射带（之前表示为 Ce2 发射）归因于二聚体 {Ce3+ - Ce3+} 中心。没有具有局部 X1 结构的中心，包含 Ce3+ 离子和邻近的 O2− 离子（CeO9 簇嵌入 X2 结构的晶格中），在 EPR 光谱中显示它们自己。