A new analysis software suite, Z-Code, is under development for powder diffraction data analyses in the Materials and Life Science Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). This software suite comprises data processing, data analyses, graphical user interface and visualization software. As a part of Z-Code, a Rietveld analysis program for neutron (TOF and angle dispersive) and X-ray data, Z-Rietveld, has been developed. Here we report the basic traits and some significant features of Z-Rietveld.

Z-Rietveld is a program suite for Rietveld analysis and the Pawley method; it was developed for analyses of powder diffraction data in the Materials and Life Science Facility of the Japan Proton Accelerator Research Complex. Improvements have been made to the nonlinear least-squares algorithms of Z-Rietveld so that it can deal with singular matrices and intensity non-negativity constraints. Owing to these improvements, Z-Rietveld successfully executes the Pawley method without requiring any constraints on the integrated intensities, even in the case of severely or exactly overlapping peaks. In this paper, details of these improvements are presented and their advantages discussed. A new approach to estimate the number of independent reflections contained in a powder pattern is introduced, and the concept of good reflections proposed by Sivia [ J. Appl. Cryst. (2000), 33 , 1295–1301] is shown to be explained by the presence of intensity non-negativity constraints, not the intensity linear constraints.

Abstract The crystal structure and phase stability of a host lattice plays an important role in efficient upconversion phenomena. In stable hosts, lanthanides doping should not generally change the crystal structure of the host itself. But when phase of a system drastically changes after lanthanide doping resulting in multiple phases, accurate identification of upconverting phase remains a challenge. Herein, an attempt to synthesize lanthanide‐doped NiMoO 4 by microwave hydrothermal method produced MoO 3 /Yb 2 Mo 4 O 15 /NiMoO 4 micro‐nano composite upconversion phosphor. A combined approach of density functional theory (DFT) calculations and single‐particle‐level upconversion imaging has been employed to elucidate the phase stability of different phases and upconversion properties within the composite. Through single‐particle‐level imaging under 980 nm excitation, an unprecedented resolution in visualizing individual emitting and non‐emitting regions within the composite has been achieved, thereby allowing to accurately assign the Yb 2 Mo 4 O 15 as a sole upconversion emitting phase in the composite. Result of the DFT calculation further shows that the Yb 2 Mo 4 O 15 phase is the most thermodynamically preferred over other lanthanide‐doped phases in the composite. This comprehensive understanding not only advances the knowledge of upconversion emission from composite materials but also holds promise for tailoring optical properties of materials for various applications, including bioimaging, sensing, and photonics, where controlled light emission is crucial.

SiAlON ceramics are well known for their exceptional mechanical, thermal, and chemical stability, making them ideal for demanding industrial applications such as cutting tools, equipment for molten metal handling, extrusion molds, gas turbine engines, etc. Despite these applications, the potential for photonic applications such as photon upconversion (UC) in SiAlON ceramics remains less explored. This report demonstrates broad spectral photon UC properties in Er-doped SiAlON (Er–SiAlON) ceramics, covering the ultraviolet (UV) to near-infrared (NIR) range upon 1550 nm excitation. The Er–SiAlON ceramic was synthesized by hot press sintering. X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and elemental mapping results confirmed the stabilization of the α-SiAlON phase by Er3+ ions. Optical spectra showed distinct transitions of Er³⁺ ions and high transparency of over 70 % in the mid-IR range for the sample thickness of 0.49 mm. Under 1550 nm excitation, UC emission spectra revealed UV, violet, blue, green, red, and NIR emissions. The Er³⁺ ions exhibited self-sensitization, acting both as sensitizers and activators for the UC luminescence. Decay curve analysis showed long excited state lifetimes, with ground state absorption (GSA), excited state absorption (ESA), and energy transfer UC (ETU) processes facilitating multi-photon absorption and diverse spectral emissions. Given the inherent mechanical properties of SiAlON ceramics, these findings highlight the potential of Er–SiAlON ceramics for advanced UC photonic devices operating in high-temperature and harsh environments.