Há muitos anos que o chamado “disco de Newton” vem sendo usado no ensino de óptica na tentativa de ilustrar o mecanismo da percepção espectral da luz visível pelo olho humano. Sua proposta é de que, ao ser girado, aparente ter a cor branca, que é a soma de todas as cores do espectro nele estampadas. De fato, a cor resultante que se percebe é um tom de cinza, visto que neste caso ocorre uma síntese subtrativa. A proposta desse trabalho é construir um disco, como o de Newton, no qual podemos compor através de LEDs coloridos não apenas a cor branca, como também a amarela, a ciano e a magenta. Dessa vez, as cores são geradas através da síntese aditiva com base na teoria tricromática de Young-Helmholtz.

For many years, the so-called ”Newton's disc” has been used in optical teaching in an attempt to illustrate the human eye's mechanism of spectral perception of visible light. His proposal is, when rotated, appears to be white, which is the sum of all colors of the spectrum printed on it. In fact, the resulting color we see is a shade of gray, as in that case there is a subtractive synthesis. The purpose of this work is to build a disc, such as Newton's one, in which we can compose through colored LEDs not only white color, as also yellow, cyan and magenta. This time, colors are generated by additive synthesis based on the Young-Helmholtz trichromatic theory.

Amostras policristalinas de MgGa2O4 dopadas com Cr3+ são investigadas por espectroscopia de luminescência e luminescência de excitação sob as temperaturas 4,2 K, 77 K e ambiente. Nos espectros observamos bandas de fotoluminescência nas regiões do vermelho e do infravermelho próximo, associadas às transições eletrônicas ²E(²G)-> 4A2(4F) e 4T2(4F)-> 4A2(4F) dos íons trivalentes de cromo em sítios de coordenação octaédrica. Os espectros de fotoluminescência do MgGa2O4 contendo 1% de Cr3+ apresentam picos estreitos de intensidade na região de maior energia e várias estruturas sobre uma larga e intensa banda na região de menor energia. Os picos são atribuídos à transição proibida por spin ²E(²G) -> 4A2(4F) e as bandas largas são associadas à transição 4T2(4F)-> 4A2(4F) do Cr3+ em sítios octaédricos. Nos espectros de emissão também surgem linhas estreitas na região de alta energia atribuídas à presença do composto beta-Ga2O3:Cr3+. Os espectros de excitação exibem duas bandas largas. A de menor energia é identificada com a transição 4A2 (4F) -> 4T2(4F), enquanto a banda de maior energia é associada com a transição 4A2(4F)-> 4T1(4F). A partir das posições em energia das bandas de excitação, podemos calcular os parâmetros de campo cristalino, Dq = 1780 cm-1 e de Racah B = 630 cm-1 e C = 2820 cm-1. Os resultados mostram que o material apresenta sítios de campo cristalino alto e intermediário para os íons Cr3+.

Polycrystalline MgGa2O4 samples doped with Cr3+ are investigated by luminescence and excitation spectroscopy at 4.2 K, 77 K and room temperature. In the spectra we observe photoluminescence bands in red and near infrared spectral regions, associate to the ²E(²G)-> 4A2(4F) and 4T2(4F)-> 4A2(4F) electronic transitions of trivalent chromium ions in octahedral sites. The luminescence spectra of the MgGa2O4 with 1% of Cr3+ present narrow peaks in the higher energy region and some structures on a wide band in the lower energy region. The peaks are attributed to the spin forbidden ²E(²G)-> 4A2(4F) electronic transition and the broad bands are associates to the spin allowed 4T2(4F)->4A2(4F) electronic transition of Cr3+ in octahedral sites. In the emission spectra narrow lines appear at high energy region and are attributed to the presence of the beta-Ga2O3:Cr3+ compound. The excitation spectra show two broad bands. The lower energy band is identified with the 4A2(4F)-> 4T2(4F) while the higher energy band is associated to 4A2(4F)->4T1(4F) electronic transition. From the excitation bands energy positions we calculate the crystal field Dq = 1780 cm-1 and Racah B = 630 cm-1 and C = 2820 cm-1 parameters. The results show that the material presents both high and intermediate crystal-fields for these ions.

O objetivo deste trabalho foi a investigação das propriedades ópticas da amostra LiGaSiO4 contendo Fe3+ como impureza substitucional. Materiais do tipo óxido dopados com metais de transição podem apresentar bandas largas de absorção e emissão nas regiões do visível e do infravermelho próximo. Estas bandas são sintonizáveis e permitem um amplo número de aplicações em medicina, comunicações e lasers de estado sólido, por exemplo. As amostras dopadas com 5% de Fe3+ foram produzidas por métodos cerâmicos a partir dos óxidos ultrapuros Li2CO3, beta-Ga2O3, SiO2 e Fe2O3, na forma de pastilhas de 10 mm x 2 mm. O tratamento térmico foi realizado a 1000ºC por 96 h em forno com pressão ambiente. Após a síntese, as amostras foram pulverizadas e examinadas por difração de raios X em um difratômetro de pó e os dados obtidos foram comparados com a base JCPDS. Verificamos a formação do LiGaSiO4 acompanhado pelas fases espúrias LiGa5O8 e gama-Li5GaSi2O8. A seguir foram realizadas as espectroscopias fototérmica e de fotoluminescência à temperatura ambiente. Os espectros obtidos exibem largas bandas de absorção e de fotoluminescência. A partir dos dados ópticos identificamos os níveis de energia envolvidos nas transições, obtivemos o tempo de vida das transições radiativas, calculamos os parâmetros de campo cristalino e de repulsão intereletrônica e identificamos a simetria dos sítios de ocupação do Fe3+ na amostra.

The proposal of this work was the investigation of optical properties of LiGaSiO4 samples using Fe3+ ions as substitucional impurity. Oxide materials doped with transition metals can present broad absorption and emission bands in visible and near infrared regions. These bands are tunable and allow various applications, in medicine, communications and solid state lasers, for example. The samples containing 5 at % of Fe3+ were produced by ceramic methods from high purity raw oxides Li2CO3, beta-Ga2O3, SiO2 and an appropriated amount of Fe2O3 and pressed in circular tablets with 10 x 2mm. The thermal treatment duration was 96 h under a temperature of 1000ºC in ambient pressure electric furnace. After the thermal treatment, samples were pulverized and examined by X ray diffraction in a powder diffractometer, and the obtained data compared with JCPDS data base. We verify the formation of LiGaSiO4 accompanied by LiGa5O8 and gamma-Li5GaSi2O8 undesirable phases. In sequence we carried out the room temperature photothermal and photoluminescence spectroscopy. The obtained spectra show wide photoluminescence and absorption bands. From the optical data we identified energy levels and radiative lifetimes, calculated the crystal field and electronic repulsion parameters and identified the site symmetry of the Fe3+ in the samples.