Efecto sinérgico de nanopartículas bimetálicas Au @ Ag en las propiedades espectroscópicas del ion Tb3+ dopado en el sistema vítreo GeO2 -PbO para aplicaciones en láser

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se investigó el efecto de las nanopartículas bimetálicas (NPBs) de Au y Ag en el sistema vítreo GeO2-PbO dopado con el ion Tb3+ sintetizado mediante la técnica de fusión, seguido de un tratamiento térmico. La estequiometría empleada para la obtención del sistema vítreo fue 59GeO2-41PbO -1Tb2O3 en mol%. Las NPBs de Au y Ag fueron obtenidas utilizando la técnica de implantación iónica empleando energía de 500 KeV con una dosis de 1*1016 iones/cm2. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas estructural y espectroscópicamente mediante difracción de rayos x (DRX), análisis térmico diferencial (DTA) y espectroscopía de absorción y de emisión. El difractograma de las muestras obtenidas evidenciaron su carácter amorfo. Las curvas obtenidas por DTA muestran un aumento de la temperatura de transición vítrea como consecuencia de la incorporación del ion Tb3+. A partir de los espectros de absorción obtenidos en la región visible fue posible verificar la banda de resonancia de plasmón de superficie característica de la NPBs. Microscopía electrónica de transmisión (TEM) mostró la presencia de nucleación de NPBs de Au y Ag distribuidas homogéneamente en la matriz vítrea sintetizada, con un tamaño aproximado de (8,4±2) nm. Se utilizó la teoría de Judd-Ofelt para estimar teóricamente las propiedades espectroscópicas del ion Tb 3+ tales como: La probabilidad de emisión (AJJ’), tiempo de vida radiativo (𝜏R) y razón de ramificación (𝛽JJ'). Los resultados observados en los espectros de emisión muestran un aumento en la eficiencia de las intensidades del ion Tb3+ en la región del visible, bajo excitación de 488 nm atribuido a la resonancia de plasmón de las nanopartículas. Los resultados evidencian una sinergia entre las NPBs y el ion Tb3+ de manera eficiente siendo estos materiales así obtenidos, candidatos para el desarrollo de láseres de estado sólido. In this work, the effect of Au and Ag bimetallic nanoparticles (NPB) on the GeO2-PbO vitreous system doped with the Tb3 + ion synthesized by the fusion technique was investigated, followed by heat treatment. The stoichiometry used to obtain the vitreous system was 59GeO2-41PbO -1Tb2O3 in mol%. The Au and Ag NPBs were obtained using the ion implantation technique using energy of 500 KeV with a dose of 1 * 1016 ions / cm2. The samples obtained were structurally and spectroscopically characterized by x-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA), and absorption and emission spectroscopy. The diffractogram of the samples obtained showed their amorphous character. The curves obtained by DTA show an increase in the glass transition temperature as a consequence of the incorporation of the Tb3 + ion. From the absorption spectra obtained in the visible region it was possible to verify the surface plasmon resonance band characteristic of NPBs. Transmission electron microscopy (TEM) showed the presence of nucleation of Au and Ag NPBs homogeneously distributed in the synthesized vitreous matrix, with an approximate size of (8.4 ± 2) nm. The Judd-Ofelt theory was used to theoretically estimate the spectroscopic properties of the Tb 3+ ion such as: Emission probability (AJJ '), radiative lifetime (𝜏R) and branching ratio (𝛽JJ'). The results observed in the emission spectra show an increase in the efficiency of the intensities of the Tb3 + ion in the visible region, under excitation of 488 nm attributed to the plasmon resonance of the nanoparticles. The results show an efficient synergy between the NPBs and the Tb3 + ion, these materials being thus obtained, candidates for the development of solid state lasers.