Abstract

The effect of an external magnetic field (01T) on the upconversion emission (λexc=976nm) of Gd2O3:Er3+Yb3+ nanocrystalline phosphor has been studied. Optical bistability (hysteresis behavior in the intensity of the optical emission) for different transitions of the Er3+ ion has been observed for a complete cycle of the magnetic field between 0 and 1T. The phosphor shows paramagnetic behavior, consistent with the presence of Gd3+ ions, at room temperature. Interaction between induced magnetization in the Gd2O3 host and the intrinsic magnetic moment of the nanosized clusters of Er3+ and Yb3+ ion pairs is proposed to be responsible for the hysteresis behavior.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
    [CrossRef]
  2. J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
    [CrossRef]
  4. S. M. Redmond and S. C. Rand, Opt. Lett. 28, 173 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
    [CrossRef]
  6. J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
    [CrossRef]
  7. O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
    [CrossRef]
  8. V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.
  9. H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
    [CrossRef]

2009

S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
[CrossRef]

H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
[CrossRef]

2007

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
[CrossRef]

O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
[CrossRef]

2003

Billotey, C.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Bridot, J. L.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Chan, H. L. W.

H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
[CrossRef]

Chibotaru, L. F.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Chormaic, S. N.

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

Coll, J. L.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Dosev, D.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Faure, A. C.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Garcia Sole, J.

A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
[CrossRef]

Godlewski, M.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Goldner, Ph.

O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
[CrossRef]

Goldys, E. M.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Gredin, P.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Gryczynski, I.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Guillot Noel, O.

O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
[CrossRef]

Hao, J. H.

H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
[CrossRef]

Hiba, B.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Janier, M.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Jaque, D.

A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
[CrossRef]

Josserand, V.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Kennedy, I. M.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Kumar, K.

S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
[CrossRef]

Laurent, S.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Mortier, M.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Moshchalkov, V. V.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Muller, R.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

O’Shea, D. G.

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

Perriat, P.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Popova, M.

O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
[CrossRef]

Rai, S. B.

S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
[CrossRef]

Rand, S. C.

Redmond, S. M.

Rivière, C.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Rodenas, A.

A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
[CrossRef]

Roux, S.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Saurel, D.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Shortt, B. J.

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

Singh, S. K.

S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
[CrossRef]

Tikhomirov, V. K.

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Tillement, O.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Tomsia, K.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

Vander Elst, L.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Ward, J. M.

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

Wong, H. T.

H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

S. K. Singh, K. Kumar, and S. B. Rai, Appl. Phys. B 94, 165 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

D. Dosev, I. M. Kennedy, M. Godlewski, I. Gryczynski, K. Tomsia, and E. M. Goldys, Appl. Phys. Lett. 88, 011906 (2006).
[CrossRef]

H. T. Wong, H. L. W. Chan, J. H. Hao, Appl. Phys. Lett. 95, 022512 (2009).
[CrossRef]

J. Am. Chem. Soc.

J. L. Bridot, A. C. Faure, S. Laurent, C. Rivière, C. Billotey, B. Hiba, M. Janier, V. Josserand, J. L. Coll, L. Vander Elst, R. Muller, S. Roux, P. Perriat, and O. Tillement, J. Am. Chem. Soc. 129, 5076 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

J. Appl. Phys.

J. M. Ward, D. G. O’Shea, B. J. Shortt, and S. N. Chormaic, J. Appl. Phys. 102, 023104 (2007).
[CrossRef]

J. Lumin.

O. Guillot Noel, Ph. Goldner, and M. Popova, J. Lumin. 119–120, 478 (2006).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Phys. Rev. B

A. Rodenas, D. Jaque, and J. Garcia Sole, Phys. Rev. B 74, 035106 (2006).
[CrossRef]

Other

V. K. Tikhomirov, L. F. Chibotaru, D. Saurel, P. Gredin, M. Mortier, and V. V. Moshchalkov, Nano Lett. doi:10.1021/nl803244v.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

X-ray diffraction pattern of the Er 3 + Yb 3 + co-doped Gd 2 O 3 phosphor material showing the presence of monoclinic and cubic Gd 2 O 3 phase.

Fig. 2
Fig. 2

Effect of external magnetic field (up to 1 T ) on the green bands ( S 3 2 4 I 15 2 4 and H 11 2 2 I 15 2 4 ) of the Er 3 + ion ( λ exc = 976 nm ) in Er 3 + Yb 3 + co-doped Gd 2 O 3 phosphor. Inset, nearly constant (linear) nature of the plot of the ratio of intensity of the bands at 532 and 546 nm (i.e., I 532 I 546 ) versus magnetic field.

Fig. 3
Fig. 3

Appearance of hysteresis in the emission intensity of (a) bands at 523 nm ( H 11 2 2 I 15 2 4 ) and (b) band at 546 nm ( S 3 2 4 I 15 2 4 ) when the magnetic field is cycled in between 0 and 1 T .

Fig. 4
Fig. 4

Magnetic field versus magnetization (M-H) curve showing the paramagnetic nature of the Er 3 + Yb 3 + co-doped Gd 2 O 3 phosphor.

Metrics