Crystal‐Field‐Driven Broadband‐to‐Narrowband Transition in Cr 3+ ‐Activated La 3 (Sc 1‐ x Al x ) 2 Ga 3 O 12 Garnet‐Perovskite Solid Solutions

材料科学 发光 八面体 钙钛矿(结构) 固溶体 宽带 晶体结构 格子(音乐) 微秒 热光电伏打 Crystal(编程语言) 原子电子跃迁 化学物理 声子 光致发光 光电子学 窄带 凝聚态物理 结晶学 联轴节(管道) 单晶 过渡金属 荧光粉 相变 激发 吸收(声学) 分子物理学 合金 红外线的 晶场理论 晶格振动 共发射极 吸收光谱法 分子电子跃迁 结晶
作者
Xinzhe Fang,Fei Tang,Lele Gao,Xuan Li,Zichen Wen,Jia Xiao,Qishen Yin,Guowei Du,Siyuan Qu,Shijie Xu
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:14 (6)
标识
DOI:10.1002/adom.202503539
摘要

Abstract Transition‐metal activators such as Cr 3+ offer an exceptional platform for probing the interplay between crystal structure and electronic transitions in solid‐state luminescent materials. Here, a composition‐controlled La 3 Sc 2 Ga 3 O 12 : Cr system is demonstrated that undergoes a reversible transformation from a garnet ( Ia d ) to a perovskite ( Pm m ) structure through progressive Al 3+ substitution. The resulting lattice contraction strengthens the octahedral crystal field around Cr 3+ , driving a transition from broadband near‐infrared (NIR) emission (800 nm, 4 T 2 → 4 A 2 ) to narrowband deep‐red luminescence (731 nm, 2 E→ 4 A 2 ). Structural refinements and spectroscopic analyses reveal a field‐induced crossover between spin‐allowed and spin‐forbidden transitions, accompanied by suppressed electron‐phonon coupling and a lifetime extension from microseconds to milliseconds. The configurational‐coordinate model further links lattice vibrations to emission dynamics. Beyond mechanistic insight, the broadband NIR emitter enables nondestructive imaging, whereas the deep‐red perovskite matches phytochrome absorption for plant photoregulation. This study establishes a unified structure‐field‐emission relationship and presents a general strategy for tuning broadband‐to‐narrowband transitions in transition‐metal‐activated oxides via crystal‐field modulation.
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