Optical and structural properties of Mn-doped magnesium titanates fabricated with excess MgO
In: Materials Today Communications Materials Today Communications, Elsevier, 2021, 2021, pp.102373. ⟨10.1016/j.mtcomm.2021.102373⟩ Materials Today Communications, 2021, 2021, pp.102373. ⟨10.1016/j.mtcomm.2021.102373⟩; (2021-04-01)
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International audience; Optical and structural properties of ceramics based on Mn-doped magnesium titanates synthesized by sintering in air at 1200 °C of MgO and TiO$_2$ powders of different molar ratio ranging from MgTiO$_3$ to Mg$_2$TiO$_4$ stoichiometric compositions were studied. The influence of excess MgO on Mn incorporation in crystal lattice of MgTiO$_3$ was also investigated. The Mn$^{4+}$ ions substituted Ti$^{4+}$ sites were controlled by the photoluminescence (PL) and diffuse reflectance spectroscopy, and the Mn$^{2+}$ ions on Mg$^{2+}$ sites were monitored by electron paramagnetic resonance (EPR). The ceramics produced using equimolar ratio of MgO and TiO$_2$ composed of a major MgTiO$_3$ and a minor MgTi$_2$O$_5$ crystal phases, and those made with excess MgO contained MgTiO$_3$ and Mg$_2$TiO$_4$ phases in different proportions. The EPR study showed that Mn incorporated in MgTiO$_3$ synthesized under 1:1 molar ratio as Mn$^{2+}$ ion mainly. This agreed with low intensity of Mn$^{4+}$ red PL ascribed to low concentration of Mn$^{4+}$ centers and partial absorption of the UV excitation light by the MgTi$_2$O$_5$ phase. The Mn-doped MgTiO$_3$ synthesized with excess MgO of 19 and 50 mol.% showed increased Mn$^{4+}$ red PL by a factor 30-50, enhanced Mn$^{4+}$ optical absorption and more than ten times decreased Mn$^{2+}$ EPR signal. The Mg$_2$TiO$_4$ phase was found to be under compressive strains attributed to the presence of Mg vacancies and demonstrated Mn$^{4+}$ red PL with modified spectrum shape and decay behavior. It is concluded that in MgTiO$_3$ the excess MgO facilitates the incorporation of Mn onto Ti$^{4+}$ site and can be used for the increasing of Mn$^{4+}$ PL intensity.
Titel: |
Optical and structural properties of Mn-doped magnesium titanates fabricated with excess MgO
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Autor/in / Beteiligte Person: | Khomenkova, Larysa ; Stara, T. ; Doualan, Jean-Louis ; Kladko, V. P. ; Cardin, Julien ; Gudymenko, O. ; Kozoriz, K. ; Kryshtab, Tetyana ; Nosenko, Valentyna ; Vorona, Igor ; Labbé, Christophe ; Borkovska, L. V. ; V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics ; National Academy of Sciences of Ukraine (NASU) ; Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252) ; Université de Caen Normandie (UNICAEN) ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN) ; Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Nanomatériaux, Ions et Métamatériaux pour la Photonique (NIMPH) ; Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN) ; Escuela Superior de Fisica y Matematicas [Mexico] (ESFM) ; Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN) ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN) ; Normandie Université (NU) ; Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN) ; Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA) ; Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN) |
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Quelle: | Materials Today Communications Materials Today Communications, Elsevier, 2021, 2021, pp.102373. ⟨10.1016/j.mtcomm.2021.102373⟩ Materials Today Communications, 2021, 2021, pp.102373. ⟨10.1016/j.mtcomm.2021.102373⟩; (2021-04-01) |
Veröffentlichung: | Elsevier, 2021 |
Medientyp: | unknown |
ISSN: | 2352-4928 (print) |
Schlagwort: |
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Sonstiges: |
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