Propriedades estruturais e espectroscópicas de vidros teluretos dopados com Tm3+

Abstract

Neste trabalho foram investigadas as propriedades físicas, estruturais e espectroscópicas do sistema vítreo 65TeO2–15Li2O–20ZnO dopado com diferentes concentrações de Tm2O3. Os difratogramas de raios X confirmaram que a incorporação de Tm3+ preserva o caráter amorfo das amostras em todas as concentrações estudadas. As medidas de densidade, volume molar e densidade de empacotamento de oxigênio (OPD) indicaram modificações estruturais associadas à reorganização da rede vítrea e à interação entre Tm3+ e oxigênios não ligantes (NBOs). Os resultados de espectroscopia Raman corroboraram essa tendência, evidenciando alterações relativas nas unidades TeO4 e TeO3. O índice de refração apresentou valor máximo para a composição contendo 0,15 mol% de Tm3+ , sugerindo aumento da polarizabilidade eletrônica local nessa concentração. Na caracterização espectroscópica, sob excitação em 325 nm observou-se emissão centrada em 454 nm atribuída à transição 1D2 →3F4, com dependência do tempo de vida em função da concentração. Sob excitação em 470 nm foi analisada a transição 1G4 →3F4 em 650 nm, cujos decaimentos foram ajustados pelo modelo de Inokuti–Hirayama, indicando predominância de interação dipolo – dipolo (S = 6) e aumento do parâmetro 𝛾𝐷𝐷 com a concentração de Tm3+ , acompanhado pela redução da distância média interiônica 𝑅¯. Sob excitação em 808 nm foram investigadas as emissões no infravermelho próximo associadas às transições 3H4 →3F4 em 1465 nm e 3F4 →3H6 em aproximadamente 1800 nm. O nível 3H4 apresentou comportamento predominantemente radiativo para concentrações entre 0,10 e 0,20 mol%, com máximo do tempo de vida médio em 0,15 mol%, enquanto concentrações superiores evidenciaram intensificação de processos não radiativos associados à relaxação cruzada 3H4+ 3H6 →3F4+ 3F4. A emissão em torno de 1800 nm apresentou tempos de vida da ordem de milissegundos nas menores concentrações, mantendo caráter majoritariamente radiativo mesmo com aumento do dopante. Os resultados demonstram que a dopagem com Tm3+ modifica simultaneamente a estrutura local e a dinâmica de transferência de energia no sistema TLZ, permitindo a definição de concentrações otimizadas para aplicações no visível e no infravermelho próximo.