Luminescência de defeitos em diamantes - Barradas, Maria Isabel Carneiro (2022)
Nesta tese estuda-se, com algum detalhe, a luminescência de diamantes castanhos e preenchem-se algumas lacunas existentes no estudo das propriedades ópticas de outros diamantes do tipo I. Nos dois primeiros capítulos efectua-se uma breve revisão das propriedades do diamante como cristal covalente e referem-se alguns dos centros ópticos, já estudados, em diamantes naturais. Os terceiro e quarto capítulos dedicámo-los, respectivamente, às bases teóricas do trabalho e aos métodos experimentais utilizados. Os Cap. cinco e seis referem-se a diamantes naturais castanhos. Estes diamantes têm um espectro de absorção não estruturado cuja absorção aumenta continuamente do vermelho para o azul na região visível do espectro, absorção esta responsável pela côr castanha. Sobrepostas a esta absorção, aparecem muitas vezes duas bandas largas, uma com máximo a 2;2 eV e outra com máximo a 2,6 eV, correspondendo à última banda de luminescência conhecida por banda de luminescência vermelha. Todos os diamantes. que apresentam esta banda também luminescem fortemente na zona amarela do espectro quando excitados com luz de comprimento de onda de 400 nm e na zona azul do espectro quando se trabalha. em catodoluminescência. Os estudos efectuados referem-se essencialmente às características espectroscópicas e ao decaimento das diferentes emissões. Estudamos estas características, algumas vezes separadamente (análise de espectros e de curvas de decaimento), outras vezes em conjunto, quando usamos espectroscopia resolvida no tempo. No que respeita aos tempos de vida das emissões classificamos estas em emissões rápidas (tempo de vida da ordem dos ns) e em emissões lentas (tempo de vida da ordem dos ms). Concentramos o nosso estudo, no caso das emissões rápidas, na banda da luminescência vermelha, e no caso das emissões lentas, no sistema S₁, centro este que detectámos em todos os diamantes castanhos que serviram de base ao nosso trabalho. Estudámos também a simetria dos centros com linhas de zero fonões (LZF) a 2,133 eV, 2,145 eV, 2,156 eV e 2,166 eV, responsáveis pela zona de luminescência vermelha, e os acoplamentos vibrónicos relativos à banda dominante na zona vermelha do espectro (LZF a 2,145 eV) e ao sistema S₁. No caso do sistema S₁ confirmámos que as duas transições 2,429 eV e 2,463 eV têm lugar neste centro e da conjugação dos resultados obtidos em estado estacionário, com os obtidos em regime transitório, propomos para o centro um modelo de níveis de energia electrónicos constituído por dois estados luminescentes e um estado metaestável. No Cap. cinco, além da banda de luminescência vermelha, estudamos o decaimento da luminescência amarela e de outras emissões situadas quer na zona amarela. quer na zona azul do espectro. No Cap. seis, além do centro S₁, iniciamos o estudo de duas novas emissões lentas (LZF a 1,707 eV e 1,819 eV). O Cap. sete é dedicado a medidas de tempos de vida correspondentes a emissões rápidas de centros ópticos conhecidos em diamantes do tipo I: N₃, H₃, H₄ e 1,945 eV. No caso do centro N₃ é estudada a variação do tempo de vida e da eficiência quântica com a temperatura; no caso do centro H₃, a variação do tempo de vida com o comprimento de onda de excitação, a temperatura e a tensão; para o centro H₄ estuda-se também a variação do tempo de vida com o comprimento de onda de excitação e com a temperatura; e para o centro 1,945 eV, a variação do tempo de vida com a temperatura e com a origem da amostra. É também determinada a eficiência quântica absoluta da emissão N₃ e efectuado um estudo preliminar sobre as emissões lentas características de diamantes do tipo I. No Cap. oito sintetizamos os resultados e apresentamos sugestões para trabalho futuro.