WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 5 Электронные возбуждения, возникающие вследствие пластического деформирования ионных кристаллов © В.А. Закревский, А.В. Шульдинер Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия E-mail: V.Zakrevsky@pop.ioffe.rssi.ru Изучались электронная эмиссия и люминесценция, сопровождающие пластическое деформирование щелочно–галоидных кристаллов (ЩГК). Показано, что пересечение дислокаций может приводить к возникновению электронных возбуждений. Деформационная электронная эмиссия и люминесценция обусловлены релаксацией этих возбуждений.

При изучении влияния механических напряжений на и затем подвергались сжатию с постоянной скоростью твердые тела основное внимание уделяется реакции вдоль направления [001]. Скорость деформирования на нагрузку решетки, т. е. изменению взаимного рас- могла меняться от 10-5 до 10-1 s-1, температура положения атомов, образованию структурных дефектов образца — от 200 до 700 K. Давление остаточных газов и разрывов сплошности (трещин). Меньшее значение составляло 10-8 Pa. Электронная эмиссия и люмипридается отклику электронной подсистемы, так что до несценция регистрировались соответственно вторичным недавнего времени было неясно, возможно ли иницииэлектронным умножителем (ВЭУ) ВЭУ-6 и фотоэлекрование электронных переходов механическими нагрузтронным умножителем (ФЭУ) ФЭУ-106. Регистрация ками. Вместе с тем очевидно, что искажения решетки излучений производилась в режиме счета импульсов.

могут создавать условия для реализации электронных пеПри измерении спектра люминесценции использовались реходов, неосуществимых в ненапряженных материалах.

два ФЭУ, один из которых регистрировал интегральное Поскольку свойства твердых тел определяются обеими свечение, а второй, помещенный за выходной щелью подсистемами, при изучении процессов деформирования монохроматора ДМР-4, — излучение с определенной и разрушения необходимо учитывать реакцию на надлиной волны.

грузку электронной подсистемы. Действительно, энергия На рис. 1 представлены типичные результаты изможет запасаться не только в упруго деформированной мерений деформационной электронной эмиссии (ДЭЭ) решетке, но и в электронной подсистеме в виде электрони деформационной люминесценции (ДЛ), полученных возбуждений. Освобождение энергии электронных ные при деформировании образца LiF со скоростью возбуждений может ускорять процессы деформирования = 2 · 10-3 s-1 при комнатной температуре. На графике и разрушения.

представлены зависимости интенсивности ДЭЭ IDEE, инРелаксация электронных возбуждений сопровождается тенсивности ДЛ IDL и нагрузки на образце F от степени излучением фотонов и электронов. К началу данной деформации. ДЭЭ и ДЛ возникают, как правило, одноработы было известно, что при образовании крупных тревременно после завершения стадии легкого скольжения, щин в кристаллах наблюдаются свечение и электронная когда деформация достигает 1–2%. Обычно интенсивноэмиссия [1–3]. Однако эти наблюдения были выполнены сти ДЭЭ и ДЛ сохраняют после короткого периода роста на воздухе или в относительно низком вакууме и ряд примерно постоянные значения. Подобные результаты данных указывал на возможную связь регистрируемых были получены и для образцов кристаллов NaF.

излучений с электрическими разрядами, инициированТаким образом, пластическое деформирование ЩГК ными поляризацией кристаллов под нагрузкой [4]. Роль сопровождается электронной эмиссией и люминесценпластической деформации, которая всегда сопровождает цией. Здесь следует отметить, что в данной работе разрушение, также оставалась неопределенной. Поэтому использовались кристаллы, не подвергавшиеся до деперед авторами стояла задача проведения опытов в услоформирования каким-либо возбуждающим воздействиям.

виях, исключающих возникновение разрядов и позволяЭто указывает на радикальное отличие наблюдавшихся ющих судить о роли пластической деформации. Этим явлений (ДЭЭ и ДЛ) от люминесценции деформируемых условиям соответствует пластическое деформирование окрашенных (предварительно облученных) кристаллов, кристаллов с постоянной скоростью в сверхвысоком исследованной рядом авторов (см. обзор литературы вакууме. Выбор в качестве объекта исследований ЩГК в работе [5]). Люминесценция облученных кристалпозволил обоснованно судить о характере взаимосвязи деформационных процессов с эмиссионными явлениями, лов возникает вследствие стимулированного деформатак как особенности эволюции дислокационной структу- цией разрушения наведенных радиацией центров окрасры этих кристаллов хорошо изучены. ки [6] и по этой причине ее предпочтительней назыИсследовались номинально чистые монокристаллы вать в отличие от ДЛ деформационно-стимулированной LiF и NaF. Образцы прогревались в вакууме при 550 K 6 h люминесценцией.

Электронные возбуждения, возникающие вследствие пластического деформирования ионных... Спектр ДЛ был получен для кристалла LiF при комнатной температуре. Он показан на рис. 2 без поправки на спектральную чувствительность ФЭУ. Спектр подобен спектру рентгенолюминесценции LiF [8] и содержит две полосы с max1 280 nm и max2 400 nm. Согласно [8], коротковолновая полоса обусловлена рекомбинацией F-центров с подвижными при комнатной температуре VK- (или VF-) центрами (-люминесценция).

Длинноволновая полоса связана с присутствием примесей в кристалле и, скорее всего, возникает при рекомбинации электронных центров, содержащих ион Mg, с VK-центрами [4].

Для деформированного кристалла NaF наблюдался селективный фотоэффект, обусловленный возникновением в образцах при нагружении F-центров. Кроме того, наблюдалась ТСЭЭ LiF и NaF, вызванная термическим разрушением возникших при пластическом деформировании электронных центров окраски [9].

Приведенные экспериментальные данные показывают, Рис. 1. Зависимость интенсивности ДЭЭ IDEE, интенсивности что при пластическом деформировании ЩГК возникают ДЛ IDL и нагрузки на образце F от относительной деформации центры окраски, подобные тем, какие образуются под для кристалла LiF. Штриховыми линиями показаны IDEE и IDL действием ионизирующих излучений. С другой стороны, для образцов с лесом дислокаций.

из полученных данных следует, что ДЭЭ и ДЛ не могут возникать из-за микротрещин, образующихся, по мнению некоторых авторов [10], в данных кристаллах уже при Приведенные на рис. 1 данные позволяют предполо- небольших деформациях. Действительно, ДЭЭ и ДЛ начинаются по окончании стадии легкого скольжения жить, что ДЭЭ и ДЛ связаны с пересечением дислокаций.

Действительно, в LiF пересечение дислокаций начи- в LiF, когда возникновение трещин маловероятно. По мере роста деформации и нагрузки в процессе сжатия нается по завершении стадии легкого скольжения [7], скорость трещинообразования должна расти, однако инвызывая деформационное упрочнение кристалла, в это тенсивности ДЭЭ и ДЛ остаются практически неизменже время возникают ДЭЭ и ДЛ. Тесная взаимосвязь ными. Понижение температуры и увеличение скорости между пересечением дислокаций и ДЭЭ и ДЛ была деформации также повышают вероятность возникновеподтверждена в опытах с кристаллами LiF с лесом ния трещин, но при этом число квантов, излученных за дислокаций и с выделенной системой плоскостей скольвремя, соответствующее увеличению деформации на 1%, жения, приготовленными по методикам, предложенным уменьшается [4]. Отсутствие связи между трещинообрав [7]. Деформирование кристаллов с одиночной системой зованием и эмиссионными явлениями подтверждается скольжения, при котором не происходит пересечение и результатами анализа амплитудного распределения дислокаций, не сопровождалось эмиссимонными явлеимпульсов на выходе ВЭУ, полученного в процессе ниями. Деформирование кристаллов с наклонным лесом регистрации ДЭЭ [4].

дислокаций, напротив, приводило к возникновению интенсивных ДЭЭ и ДЛ (штриховые кривые на рис. 1). Они возникали сразу после прохождения предела упругости, т. е. тогда, когда движущиеся дислокации начинают пересекать дислокации леса.

Было показано, что интенсивности ДЭЭ и ДЛ кристаллов LiF изменяются с температурой и скоростью деформирования. Анализ температурных зависимостей интенсивности излучений показал, что ДЭЭ и ДЛ являются термостимулированными процессами с энергией активации около 0.3 eV [4].

Наблюдение электронной эмиссии и люминесценции указывает на возникновение электронных возбуждений (электронных и дырочных центров окраски) в деформируемых кристаллах. Данные о природе этих центров были получены в результате изучения спектра ДЛ, а также фотостимулированной электронной эмиссии и термостимулированной электронной эмиссии деформированных Рис. 2. Спектр деформационной люминесценции кристалкристаллов.

ла LiF.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 902 В.А. Закревский, А.В. Шульдинер Для разработки механизма явления было важно выяс- следствием протекания межцентрового трехчастичного нить, какие именно пересечения приводят к рождению Оже-процесса. Наконец, следует отметить, что безызлуцентров окраски. Как известно, кристаллы с решеткой чательная рекомбинция сопровождается локальным ратипа NaCl имеют шесть эквивалентных систем плоско- зогревом решетки. При этом возможно значительное стей скольжения, пересекающихся под углом 90 (орто- ускорение процессов деформирования и разрушения, погональные) или 60 (наклонные). Вработе [4] показано, скольку в объеме, соответствующем одной элементарной что ДЭЭ и ДЛ являются следствием пересечения только ячейке, выделяется энергия в несколько eV.

наклонных дислокаций.

Из общих соображений ясно, что электронные переСписок литературы ходы, приводящие к возникновению центров окраски, могут осуществляться в результате сильных локаль[1] Н.А. Кротова, В.В. Карасев. ДАН СССР 92, 3, 607 (1953).

ных искажений решетки, сопровождающих пересече[2] L.M. Belyaev, Yu.N. Martyshev. Phys. Stat. Sol. 34, 1, ние дислокаций. Энергия электронного возбуждения в (1969).

щелочно-галоидных кристаллах, согласно [11], составля[3] J. Wollbrandt, E. Linke, K. Meyer. Phys. Stat. Sol.(a) 27, 2, ет = (e2/c) +EA - EI, где — коэффициент K53 (1975).

Маделунга, e — заряд электрона, 2c — постоянная [4] V.A. Zakrevskii, A.V. Shuldiner. Phil. Mag. B71, 2, 127 (1995).

решетки, EA — сродство атома галоида к электрону и [5] Molotskii, S.Z. Shmurak. Phys. Lett. A166, 3–4, 286 (1992).

EI — энергия ионизации атома металла. При достаточно [6] A.V. Shuldiner, V.A. Zakrevskii. Radiation Protection Dosimetry 65, 1–4, 113 (1996).

сильных искажениях решетки может уменьшиться для [7] Б.И. Смирнов. Дислокационная структура и упрочнение выделенной анион-катионной пары до величины, удокристаллов. Наука, Л. (1981). 235 с.

влетворяющей условию пересечения уровней основного [8] A. Tomita, N. Hirai, K. Trutsumi. Jpn J. Appl. Phys. 15, 10, и возбужденного состояний квазимолекулы ( 0).

1899 (1976).

В результате становятся возможными неадиабатические [9] В.А. Закревский, А.В. Шульдинер. ФТТ 27, 10, электронные переходы между этими уровнями, сопро(1985).

вождающиеся рождением электронно-дырочных пар [12].

[10] R. Albrecht, V. Schmidt, V.I. Betekhtin. Phys. Stat. Sol. 39, 2, Из всех типов пересечения дислокаций к наибо621 (1977).

лее сильным искажениям решетки типа NaCl приводят [11] Р. Нокс. Теория экситонов. Наука, М. (1966). 219.

термоактивированные пересечения наклонных дислока[12] А.А. Кусов, М.И. Клингер, В.А. Закревский. ФТТ 32, 6, ций [12]. Можно думать, что именно с такими пересе(1990).

чениями связано возникновение ДЭЭ и ДЛ. Важно, однако, отметить, что пересечения наклонных дислокаций в LiF происходят преимущественно по атермическому механизму Орована [7]. Доля термоактивированных пересечений невелика и экспоненциально растет с температурой, как и интенсивность ДЭЭ и ДЛ. Величина энергии активации пересечения наклонных дислокаций в LiF была оценена в 0.3 eV [4], что совпадает с энергией активации ДЭЭ и ДЛ. Эти данные указывают на верность сделанного предположения о связи ДЭЭ и ДЛ именно с термоактивированными пересечениями наклонных дислокаций. Зависимость интенсивности излучений от скорости диформирования можно объяснить в этом случае тем, что при увеличении снижается время взаимодействия пересекающихся дислокаций и, следовательно, уменьшается доля термоактивных пересечений.

Соответственно снижается число излученных квантов и электронов.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы. При пересечениях дислокаций указанного выше типа, сопровождающихся резкой перестройкой атомной структуры, создаются условия для неадиабатических электронных переходов (с вероятностью 10-2 [12]).

Возбужденные электроны захватываются возникающими при деформировании анионными вакансиями, образуя электронные центры окраски. Возникшие дырочные VKи VF- центры мигрируют по кристаллу и рекомбинируют с неподвижными электронными центрами. В результате возникают ДЭЭ и ДЛ, причем ДЭЭ является Физика твердого тела, 1999, том 41, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.