Os íons ativadores de metais de transição (TM) têm sido amplamente estudados devido ao seu excelente desempenho e potencial de aplicação em áreas como emissão no infravermelho próximo, laser infravermelho, LEDs brancos de conversão de fluorescência, termômetros fluorescentes, fosforescência, entre outros. Em sólidos, os íons TM podem ocupar diversas posições de coordenação, como oito, seis ou quatro coordenadas, podem apresentar múltiplos estados de valência e suas propriedades de transição óptica dependem fortemente do ambiente cristalino, tornando difícil a determinação dos centros de emissão, compreensão dos mecanismos de emissão e previsão de desempenho. Este trabalho explora, por meio de cálculos de primeiros princípios, as propriedades termodinâmicas e as transições ópticas dos íons TM em sólidos. O conteúdo inclui: análise dos defeitos intrínsecos da matriz, além da ocupação, estado de valência, distribuição e concentração dos íons TM com base nos resultados da energia de formação em diferentes ambientes químicos; compreensão dos diferentes estados excitados e estrutura energética dos íons TM em vários ambientes cristalinos; construção de diagramas de coordenadas conformacionais para analisar os processos de excitação, relaxamento, emissão e extinção; propostas para regular ou otimizar a ocupação, estado de valência e transições ópticas dos íons TM através da atmosfera de síntese, condições de coexistência e codopagem iônica. Este trabalho baseia-se em vários sistemas representativos para mostrar como usar cálculos de primeiros princípios no estudo de materiais luminescentes sólidos dopados com íons TM. Os sistemas representativos e conteúdos de pesquisa incluem: mecanismo de absorção residual infravermelha em cristais laser de Ti∶Al₂O₃ e métodos para reduzi-lo ou eliminá-lo, ocupação e transições ópticas de Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ em matrizes típicas de espinélio e granada, ocupação, estado de valência e transições ópticas de íons de cromo em matrizes de óxidos em solução sólida, demonstrando que cálculos de primeiros princípios podem ser usados para a investigação de mecanismos, design racional e otimização de materiais luminescentes.

Íons de metais de transição;Transições ópticas;Cálculos de primeiros princípios