Los iones activadores de metales de transición (TM) se han estudiado ampliamente debido a su excelente desempeño y potencial de aplicación en áreas como emisión en el infrarrojo cercano, láser infrarrojo, LED blancos con conversión de fluorescencia, termómetros fluorescentes y fosforescencia, entre otros. En sólidos, los iones TM pueden ocupar diversas posiciones de coordinación como ocho, seis o cuatro coordenadas, pueden presentar múltiples estados de valencia, y sus propiedades de transición óptica dependen en gran medida del entorno cristalino, lo que hace difícil determinar los centros de emisión, comprender los mecanismos de emisión y predecir el rendimiento. En este estudio, mediante cálculos de primeros principios, se exploran las propiedades termodinámicas y de transición óptica de los iones TM en sólidos. El contenido incluye: análisis de defectos intrínsecos de la matriz, además de la ocupación, estado de valencia, distribución y concentración de los iones TM basados en resultados de energía de formación en diferentes ambientes químicos; comprensión de los diferentes estados excitados y estructura energética de los iones TM en distintos entornos cristalinos; construcción de diagramas de coordenadas conformacionales para analizar procesos de excitación, relajación, emisión y extinción; propuestas para regular u optimizar la ocupación, estado de valencia y las transiciones ópticas de los iones TM a través de la atmósfera de síntesis, condiciones de coexistencia y codopaje iónico. El artículo se basa en varios sistemas representativos para mostrar cómo se pueden usar los cálculos de primeros principios en el estudio de materiales luminiscentes sólidos dopados con iones TM. Los sistemas representativos y contenidos de estudio incluyen: mecanismo de absorción residual en el infrarrojo en cristales láser Ti∶Al₂O₃ y métodos para reducirlo o eliminarlo, ocupación y propiedades de transición óptica de Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺ en matrices típicas de espinela y granate, ocupación, estado de valencia y transiciones ópticas de iones de cromo en matrices de óxido en solución sólida, demostrando que los cálculos de primeros principios pueden usarse para la investigación de mecanismos, el diseño racional y la optimización de materiales luminiscentes.

Iones de metales de transición;Transiciones ópticas;Cálculos de primeros principios