Ионы активаторов переходных металлов (TM) широко изучаются благодаря их отличным характеристикам и потенциалу применения в таких областях, как ближнее инфракрасное излучение, инфракрасные лазеры, белые светодиоды с преобразованием флуоресценции, флуоресцентные термометры, послесвечения и другие. В твердых телах ионы TM могут занимать различные координационные позиции, такие как восьми-, шести- и четырехкоординационные, могут иметь несколько валентных состояний, а их оптические переходы сильно зависят от кристаллической среды, что затрудняет определение центров свечения, понимание механизмов излучения и прогнозирование свойств. В данной работе с помощью расчетов на основе первых принципов исследуются термодинамические и оптические переходы TM-ионов в твердых телах. Включает: анализ собственных дефектов матрицы, размещение, валентные состояния, распределение и концентрацию TM-ионов по результатам расчетов энергии формирования в различных химических условиях; понимание возбужденных состояний и энергетической структуры TM-ионов в различных кристаллических средах; построение диаграмм конфигурационных координат для анализа процессов возбуждения, релаксации, эмиссии и подавления; предложения по регулированию и оптимизации размещения, валентных состояний и оптических переходов TM-ионов через синтетическую атмосферу, условия сосуществования и совместное допирование ионами. Работа основана на нескольких типичных системах и демонстрирует, как использовать расчеты на основе первых принципов для изучения светящихся материалов, допированных TM-ионов. В частности, рассматриваются: механизм инфракрасного остаточного поглощения в лазерных кристаллах Ti∶Al₂O₃ и методы его снижения или устранения, размещение, возбуждение, релаксация и оптические переходы Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ в типичных спинельных и гранатовых матрицах, размещение, валентные состояния и соответствующие оптические переходы ионов хрома в твердых растворах оксидных матриц, что свидетельствует о применимости расчетов на основе первых принципов для изучения механизмов, рационального проектирования и оптимизации светящихся материалов.

Ионы переходных металлов;Оптические переходы;Расчеты на основе первых принципов