La fotoluminescenza è un fenomeno ottico consistente in una emissione di luce da parte di una sostanza a seguito dell’assorbimento di una radiazione elettromagnetica. Quando una specie assorbe un fotone un elettrone è eccitato e passa a uno stato elettronico superiore.
Successivamente quando l’elettrone ritorna a uno stato di energia inferiore è irradia il fotone.
La fotoluminescenza comprende sia processi di fluorescenza che di fosforescenzae ha origine da un processo di assorbimento/emissione tra diversi livelli di energia elettronica nel materiale. La quantità e il tipo di fotoluminescenza dipendono dal materiale e dalla lunghezza d’onda utilizzata.
Luminescenza
Atomi di elementi diversi hanno un numero diverso di elettroni distribuiti in diversi gusci e orbitali. Quando il sistema assorbe energia, gli elettroni sono eccitati e portati in uno stato energetico superiore.
A seconda della molecola e dell’atomo, gli elettroni possono occupare solo livelli energetici discreti poiché l’energia è quantizzata, il che significa che l’energia può essere assorbita ed emessa solo in determinate quantità.
La differenza di energia tra due livelli rispettivamente E1 e E2 è data da:
ΔE = E2 – E2
Dove E è pari a:
E = hν dove h è la costante di Planck e ν è la frequenza della luce.
La frequenza della radiazione è correlata alla lunghezza d’onda tramite la relazione ν = c/ λ dove c è la velocità della luce che è pari a 3.00 ∙ 108 m/s.
È quindi possibile calcolare la frequenza e la lunghezza d’onda necessarie perché si verifichi una transizione elettronica per far avvenire la quale, in molti casi, è richiesta la frequenza di una radiazione U.V.
Usi
La fotoluminescenza è una tecnica comune usata per caratterizzare le proprietà optoelettroniche di semiconduttori e altri materiali. Gli elettroni sono eccitati dalla banda di valenza a quella di conduzione del materiale da una fonte con un’energia maggiore del band gap. Di conseguenza, i portatori di carica fotoeccitati si rilassano e si ricombinano spontaneamente con le lacune nella banda di valenza.
In particolare la spettroscopia di fotoluminescenza è usata per misurare la purezza e la qualità cristallina di semiconduttori come il nitruro di gallio e fosfuro di indio e per quantificare la quantità di disordine presente in un sistema.
