Professor Hiromi Nakano vid Toyohashi University of Technology använde ett material med en unik periodisk struktur (smart material:Li-M-Ti-O [M =Nb eller Ta]) som värdmaterial för att syntetisera nytt Mn ⁴⁺ -aktiverade fosforer som uppvisar rött ljus vid 685 nm när de exciteras vid 493 nm. Eftersom valensen av Mn-jonerna i materialet ändras från Mn ⁴⁺ till Mn ³⁺ beroende på sintringstemperaturen, sammansättning, och kristallstruktur, det finns en skillnad i fotoluminescensintensiteten hos fosforerna. XRD, TEM, och XANES användes för att klargöra förhållandet mellan fotoluminescensintensiteten och sintringstemperaturen, sammansättning, kristallstruktur, och MgO-samdopning.

Den vita färgen i vita lysdioder uppnås vanligtvis genom att excitera en gul fosfor med blått ljus. Dock, färgåtergivningsindexet med denna metod bedöms som lågt eftersom det inte finns tillräckligt med rött ljus jämfört med solljus. Därför, fosforer som avger rött ljus har en viktig roll som material med högt färgåtergivningsindex.

Tidigare, Professor Nakanos team använde ett smart material (Li-M-Ti-O [M =Nb eller Ta]) som värdmaterial för att syntetisera en Eu ³⁺ -aktiverad röd fosfor. Den här gången, de syntetiserade nya Mn ⁴⁺ -aktiverade röda fosforer utan att använda sällsynta jordartsmetaller.

Li-Nb-Ti-O (LNT)-systemet och Li-Ta-Ti-O (LTT)-systemet är båda smarta material (se figur t.ex.) som självorganiserar sig till en periodisk struktur med en sammanväxtlagerperiod som förändras enligt till TiO ₂ dopningsmängd. Det periodiska strukturområdet för LTT-systemet är smalare än det för LNT-systemet, och det finns en skillnad i sintringsförhållandena för dess skapelse. Därför, samtidigt som man jämför LNT- och LTT-systemen, teamet undersökte noga hur fotoluminescensintensitet och Mn-jonvalens förändras med sintringstemperaturen, sammansättning, kristallstruktur, och MgO-samdopning.

Som ett resultat av denna forskning, det var underförstått att LTT hade avsevärt högre fotoluminescensintensitet än LNT på grund av förändringar i kristallstrukturen på grund av sintringstemperaturen och sammansättningen. Rent generellt, om sintringstemperaturen är hög, Mn ⁴⁺ kommer sannolikt att minska till Mn ³⁺ , förklarar minskningen av fotoluminescensintensiteten. När det gäller förändringar i kristallstrukturen, när TiO ₂ dopingmängden ökar, antalet [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ periodiska sammanväxtlager ökar också. Eftersom sammanväxtskiktet är bildat med Ti ³⁺ joner, det förstods att omgivande syrebrist bidrar till minskningar från Mn ⁴⁺ till Mn ³⁺ . Dessutom, när MgO-dopning utfördes för att öka fotoluminescensintensiteten, LTT-fosforen som inte hade en periodisk struktur uppvisade en 100% Mn ⁴⁺ förhållandet och den högsta fotoluminescensintensiteten.

Studenten som ursprungligen var involverad i experimentet uppgav att "Mn ⁴⁺ fosfor uppvisade inte fotoluminescens med värdmaterialet", och forskningen lades på is i ungefär sex månader. Nästa år, en annan elev syntetiserade fosforn och sa, "den uppvisar en svag fotoluminescens, men jag tror att vi kan prova några saker för att förbättra det." Genom upprepade försök och misstag, teamet upptäckte en viktig faktor:förutom sintringstemperaturen, det fanns signifikanta skillnader i förändringarna av kristallstrukturen när Mn ⁴⁺ förhållandet kontrollerades. Genom många resor till Aichi Synchrotron Radiation Center, laget kunde mäta Mn ⁴⁺ och konsolidera sina forskningsresultat.

Mn ⁴⁺ -aktiverad fosfor måste syntetiseras vid en jämförelsevis låg 850 °C för att öka Mn ⁴⁺ förhållande. Dock, under detta villkor, det finns ett problem med måttligt låg kristallinitet. I framtiden, de kommer att prova olika samdopanter för att ytterligare utforska syntesprocessen för att uppnå en ljusare röd fosfor. På senare år har det har funnits ett större intresse för djupröda Mn-fosforer aktiverade utan användning av sällsynta jordartsmetaller, som för användning i LED-odlingslampor, och ansökningar kan förväntas utökas i framtiden.