La Fotoluminescenza e i suoi Processi
La fotoluminescenza è un fenomeno ottico in cui una sostanza emette luce dopo aver assorbito una radiazione elettromagnetica. Questo avviene quando un elettrone, eccitato dall’assorbimento di un fotone, ritorna a uno stato energetico inferiore emettendo un fotone. La fotoluminescenza include sia la fluorescenza che la fosforescenza, derivanti da processi di assorbimento ed emissione tra diversi livelli di energia elettronica nel materiale. La natura e l’intensità della fotoluminescenza dipendono dal materiale e dalla lunghezza d’onda della radiazione utilizzata.
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Storia della Fotoluminescenza e Luminescenza
La fotoluminescenza fu osservata per la prima volta nel 1603 da Vincenzo Cascariolo a Bologna, in una pietra chiamata barite. Questa pietra, conosciuta come la “Pietra di Bologna”, emetteva luce dopo essere stata trattata termicamente ed esposta alla luce solare. Gli atomi degli elementi hanno diversi livelli energetici per gli elettroni, che vengono eccitati quando il sistema assorbe energia.
Principi della Fotoluminescenza
Gli elettroni possono occupare solo livelli energetici discreti, poiché l’energia è quantizzata, permettendo l’assorbimento ed emissione solo in quantità definite. La differenza di energia tra due livelli è determinata come differenza tra i due valori energetici. Questa energia è legata alla frequenza della luce per mezzo della costante di Planck e dalla velocità della luce.
Applicazioni della Fotoluminescenza
La fotoluminescenza viene comunemente impiegata per caratterizzare le proprietà optoelettroniche dei semiconduttori e di altri materiali. Gli elettroni sono eccitati dalla banda di valenza alla banda di conduzione del materiale con un’energia maggiore del band gap. Questo processo consente ai portatori di carica di rilassarsi e ricombinarsi spontaneamente con le lacune nella banda di valenza.
La spettroscopia di fotoluminescenza è utilizzata per valutare la purezza e la qualità cristallina di materiali come il nitruro di gallio e fosfuro di indio, nonché per quantificare il grado di disordine presente in un sistema.
L’utilizzo della fotoluminescenza è essenziale per una varietà di campi, dalla ricerca scientifica all’industria tecnologica, consentendo la comprensione e l’ottimizzazione delle proprietà dei materiali e dei semiconduttori.
