Активные ионы переходных металлов (TM) широко исследуются благодаря их выдающимся характеристикам и потенциалу применения в таких областях, как ближнее инфракрасное излучение, инфракрасные лазеры, люминесцентные белые светодиоды, флуоресцентные термометры и послесвечения. Ионы TM в твердых телах могут занимать различные координационные позиции, такие как восьми-, шести- и четырехкоординационные, они проявляют различные степени окисления, а свойства оптических переходов сильно зависят от кристаллической среды, что затрудняет определение центров люминесценции, понимание механизмов свечения и прогнозирование свойств. В данной работе с помощью расчетов на основе первых принципов исследуются термодинамические и оптические переходы ионов TM в твердых телах. Включено: анализ собственных дефектов матрицы и положения, состояния окисления, распределения и концентрации ионов TM по результатам расчетов энергий формирования в различных химических условиях; понимание различных возбужденных состояний и энергетических уровней ионов TM в различных кристаллических средах; построение диаграмм координат для анализа процессов возбуждения, релаксации, излучения и подавления; предложения по регулированию или оптимизации положения, состояния окисления и оптических переходов ионов TM с помощью условий синтеза, совместного существования и совместного легирования. Работа основана на нескольких типичных системах, демонстрирующих применение расчетов на основе первых принципов в исследованиях светящихся твердых материалов с легированием ионами TM. Конкретно рассматриваются: механизм остаточного поглощения в лазерном кристалле Ti:Al₂O₃ и методы его уменьшения или устранения, положение, возбуждение, релаксация и оптические переходы ионов Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ в типичных шпинелях и гранатовых матрицах, положение, состояние окисления и соответствующие оптические переходы ионов хрома в твердорастворных оксидных матрицах, показывая, что расчеты на основе первых принципов можно использовать для изучения механизмов, рационального дизайна и оптимизации люминесцентных материалов.

ионы переходных металлов; оптические переходы; расчеты первых принципов