ся уздовж осі кільця, з атомами вісмуту по обидва боки площини кільця. Один і два додаткових електрона додані до кластеру локалізувалися на атомах вісмуту, утворюючи негативно заряджені димери Bi2? і Bi22? відповідно. Рівноважна конфігурація вісмутових димарів в междоузлии, сформованому кільцями, показана на рис.1.3. Атоми вісмуту не формують зв'язку з атомами кільця, і повертаються в ці позиції навіть після того, як димер значно зміститься з положення рівноваги.
Рис.1.3. Bi2? і Bi22? димери в алюмосилікатної матриці скла
Щоб негативно заряджені вісмутові димери сформувалися, в матриці повинні бути присутніми вільні електрони. У алюмосиликатном склі трехкоордінірованние атоми Про можуть давати електрони. Такі атоми необхідні в склі, щоб забезпечувати зв'язку. Атоми алюмінію 6 - або 4-кратно координовані. 6-кратно-координовані атоми алюмінію не можуть бути вбудовані в безперервну силікатну матрицю, як окремі одноатомні домішкові центри, вони повинні формувати групи з не менш ніж 4-6 атомів, і такі групи повинні бути пов'язані з силікатною оточенням тільки трехкоордінірованнимі О-атомами. Так, ця модель узгоджується з експериментом, в якому висмутовая ІЧ-люмінесценція спостерігалася тільки в присутності шестикратно-коордінірованнних атомів. У стеклах, що містять оксиди алкалоїдів, або алкалоідово-рідкоземельних елементів, вільні електрони забезпечувалися позитивними іонами цих елементів.
Одноразово заряджені Bi2? димери мають неспарений електрон і можуть бути досліджені за допомогою електронно-парамагнітного (спину) резонансу. Аксіальний (осьовий) ЕПР сигнал з g=2.20 приписуваний якраз димеру Bi2? за аналогією з Se2? був виявлений у склі, легованому вісмутом. Був розрахований ЕПР g-фактор димера Bi2?, Використовуючи той же базис та ефективні потенціали, і вийшло g=2.1940. З іншого боку, відсутність ЕПР-сигналу, що викликається ІЧ-люмінесцентними центрами, було особливо підкреслено в [1]. Це протиріччя може пояснюватися тим, що число димарів Bi2? або Bi22-може змінюватися досить значно залежно від складу скла і технологічних особливостей, часто обидва димера мають однакові спектри ІЧ-люмінесценції, але димери Bi22-не дають ЕПР-сигналу відповідного спину Ѕ.
Щоб перевірити дану модель ІЧ-люмінесценції в алюмосиликатном склі, легованому вісмутом, були досліджені люмінесцентні властивості магнезіум кордиерита (2MgO · 2Al2O3 · 5SiO2) містить приблизно 2% вісмуту. У цьому кристалі атоми вісмуту можуть займати два кристалографічних положення, у напрямках міжвузольних каналів, сформованих шестигранними кільцями з тетраедрів SiO4 і AlO4. Два атома вісмуту, займають суміжні положення можуть формувати димери. Як обговорювалося раніше, димери повинні переходити в негативно заряджені стану, Bi2? і Bi22-, захоплюючи один або 2 електрони з матриці. У такому випадку ІЧ-люмінесценція повинна спостерігатися і в легованому вісмутом кордиерит, що й було продемонстровано при накачуванні на 514 нм або на 808 нм.
На енергетичній діаграмі низьковалентних стану вісмутових димарів Bi2? були показані дозволені переходи з основного на збуджені рівні енергії, відповідні оптичному поглинанню в смугах на 860, 720, 460 і менш 400 нм. Аналогічно, на енергетичній діаграмі димарів Bi22-були показані дозволені переходи, відповідні поглинанню в смугах 880, 715, 470 і менш 400 нм.
