12.10 : Fotolüminesans: Floresans ve Fosforesans

Fotolüminesans, bir molekülün ışık enerjisini emdiği ve bunu ışık biçiminde yeniden yaydığı bir işlemdir. Bu fenomen, bir maddenin fotonları emerek elektronlarını daha yüksek enerji seviyesindeki uyarılmış durumlara yükseltmesi ve ardından elektronların orijinal temel durum enerji seviyelerine geri dönüp ışık yaydığı bir gevşeme süreciyle meydana gelir. Fotolüminesans, yarı iletkenler ve organik ve inorganik bileşikler dahil olmak üzere çeşitli malzemelerde yaygın olarak gözlemlenir.

Tekli spin durumundaki bir elektron çifti, zıt spinlere sahip aynı elektronik temel durumu işgal ederken, üçlü uyarılmış durum, bir elektronun spini artık temel durumla eşleşmediğinde meydana gelir. İlgili elektron spin durumlarına göre iki ana fotolüminesans türü vardır: floresans ve fosforesans.

Floresans, genellikle nanosaniyelerden mikrosaniyelere kadar değişen hızlı bozunma süresiyle karakterize edilen bir fotolüminesans türüdür. Floresansta, uyarılmış ve temel durumlar aynı elektron spin çokluğuna sahiptir, yani elektron spini geçiş sırasında değişmeden kalır. İşlem, hem uyarılmış hem de temel durumların tüm elektronların eşleştiği tekli durumlar olduğu tekli-tekli geçişleri içerir.

Fosforesans, milisaniyelerden dakikalara kadar uzanan önemli ölçüde daha uzun bozunma süreleriyle karakterize edilen başka bir fotolüminesans türüdür. Fosforesansta, uyarılmış ve temel durumlar farklı elektron spin çokluklarına sahiptir. İşlem, uyarılmış durumun üçlü durum (paralel spinlere sahip iki eşleşmemiş elektron) ve temel durumun tekli durum olduğu üçlü-tekli geçişleri içerir. Bu geçişler 'spin yasaklıdır', yani elektron spini geçiş sırasında değişmelidir.

Hem floresans hem de fosforesans, optik sensörler, biyolojik görüntüleme ve organik ışık yayan diyotlar gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Fotolüminesans spektrumları, yayılan radyasyonun yoğunluğunun uyarma dalga boyu veya emisyon dalga boyu ile ilişkili olarak ölçülmesiyle kaydedilir. Uyarım spektrumları, uyarma dalga boylarını değiştirirken sabit bir dalga boyunda emisyonun izlenmesiyle elde edilir. Emisyon spektrumları molekülleri uyarmak için sabit bir dalga boyu kullanılarak elde edilir.