【其他论文】钆掺杂对 β-Ga₂O₃ 结构、形态、振动和光学特性的影响：固态燃烧法

        由印度喜马偕尔邦大学的研究团队在学术期刊 Ceramics International 发布了一篇名为 Effect of gadolinium doping on the structural, morphological, vibrational, and optical properties of β-Ga₂O₃: A solid-state combustion approach（钆掺杂对 β-Ga₂O₃ 结构、形态、振动和光学特性的影响：固态燃烧法）的文章。

摘要

        该项研究首次采用固态燃烧法合成并全面表征了钆（Gd）掺杂 β-Ga₂O₃ 纳米颗粒，Gd 掺杂浓度分别为 1%、2% 和 3%。目前尚无研究报道使用此方法成功合成 Gd 掺杂 β-Ga₂O₃。X 射线衍射（XRD）分析证实了单斜晶相结构的保持，同时发现 Gd³⁺ 离子的引入导致衍射峰展宽、强度降低，并向较高的 2θ 角度偏移。通过 Scherrer 公式和 Williamson–Hall 分析表明，这些变化归因于晶格应变的增加、晶粒尺寸的减小以及由于较小的 Ga³⁺ 离子（0.62 Å）被较大的 Gd³⁺ 离子（0.93 Å）替代所引起的结构畸变。场发射扫描电子显微镜（FESEM）形貌分析显示，所得纳米颗粒呈现多分散性，形状不规则，且粒径随 Gd 浓度的增加而减小。能量色散光谱（EDS）确认了 Gd 离子在 β-Ga₂O₃ 晶格中的化学计量掺杂。拉曼（Raman）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析表明，掺杂导致峰强度降低、峰展宽，并向高波数偏移，表明晶格畸变和应变的增强。紫外–可见（UV–Vis）光谱测量显示，β-Ga₂O₃ 的光学带隙从纯相的 4.6 eV 降至 1% Gd 掺杂时的 4.11 eV，而在 2% 和 3% 掺杂时分别略微增加至 4.16 eV 和 4.18 eV。这一带隙变窄归因于能带中引入的缺陷态，使得电子跃迁所需的能量降低。光致发光（PL）光谱揭示了 400–600 nm 范围内的宽发射带，并通过峰分解发现蓝光和绿光区域的主要峰，对应于氧空位（V_O）和镓空位（V_Ga）等缺陷态引起的辐射复合。研究揭示了 Gd 掺杂对 β-Ga₂O₃ 结构和光学特性的影响，并表明其在紫外光探测器、发光器件及其他光电应用中的潜在价值。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.01.532