WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1997, том 39, № 7 Спектрально-кинетические характеристики переходного поглощения в кристаллах фторида кальция © Е.П. Чинков, В.Ф. Штанько Томский политехнический университет, 634004 Томск, Россия (Поступила в Редакцию 12 августа 1996 г.

В окончательной редакции 13 января 1997 г.) Методом абсорбционной спектроскопии с наносекундным разрешением изучено переходное поглощение в номинально чистых кристаллах CaF2 при воздействии импульса ускоренных электронов. Оптическое поглощение, обусловленное автолокализованными экситонами, представлено в виде суперпозиции полос с полуширинами не более 0.2 eV как в электронном, так и дырочном компонентах. Выделенные группы полос приписаны поглощению F, H-пар в различных конфигурациях. Обнаружено закономерное изменение спектрально-кинетических характеристик в зависимости от расстояния между компонентами пары.

Облучение ионизирующей радиацией номинально чис- экспериментах применена более совершенная конструктых кристаллов флюорита при температурах не вы- ция ускорителя, при разработке которой учтены жесткие ше комнатной приводит преимущественно к образо- требования по стабилизации параметров цепей питания и управления емкостного накопителя (термостатированванию так называемых автолокализованных экситонов (АЭ) [1–3]. Обычно выделяют электронный и дыроч- ный компаратор). Максимальная энергия электронов — 0.28 MeV, длительность импульса на полувысоте — 10 ns, ный компоненты поглощения АЭ. При низкой темплотность энергии — 0.103 J/cm2. Дозиметрия осупературе ( 10 K) релаксация наведенного поглощения ществлялась калориметрическим методом. Временное во флюоритах описывается набором экспоненциальных зависимостей, а их тепловое смешивание в CaF2 и SrF2 разрешение составляло 7 ns, а спектральное было равно 0.002 в видимой и 0.006 eV в ультрафиолетовой наступает уже при 50 K [1].

области спектра. В режиме фотоэлектрической регисНа основе анализа симметрии сигналов ОДМР трации погрешность однократного измерения величины (ODMR) [4] в работе [1] предполагается, что АЭ во оптического пропускания на фиксированных длинах волн флюоритах представляют собой пару близлежащих P- и не превышала 5 %, а при многократных измерениях — H-центров, причем рассматриваются четыре их возмож2 %. С целью исключения влияния дозовой нагрузки на ные конфигурации. Однако было не ясно, соответствуют форму спектров переходного поглощения применялось ли отдельные компоненты в релаксации поглощения АЭ обесцвечивание образца нефильтрованным светом ртутвременам жизни триплетных подуровней одной конфиной лампы высокого давления. Контроль осуществлялся гурации либо они отражают времена жизни нижайших при помощи измерений на параллельных сколах свежих состояний разных конфигураций. Позднее в [5] на основе образцов.

данных спектроскопии каскадного возбуждения показано, что АЭв SrF2 при 10 K образуются по крайней мере в двух конфигурациях. Теоретический анализ энергетиче- 2. Экспериментальные результаты ских затрат на образование различных конфигураций АЭ Характерный вид спектров переходного оптического выполнен в [6]. Для описания их структуры в [7] введен геометрический фактор. Однако для кристаллов CaF2 поглощения кристалла CaF2, измеренных при 80 и 295 K через 10 ns после окончания импульса ускоренных элеквопрос об образовании различных конфигураций АЭ не тронов, представлен на рис. 1 кривыми 1 и 2 соотполучил должной экспериментальной проверки [1,3,8].

ветственно. Спектрально-кинетические характеристики Выяснению этого вопроса и посвящена настоящая наблюдаемого поглощения (характерное время жизни работа. С этой целью детально исследованы спектральнодефектов при фиксированной температуре, спектральное кинетические характеристики переходного поглощения в положение максимумов доминирующего поглощения) кристаллах CaF2 при воздействии импульса ускоренных только качественно согласуются с известными параметэлектронов при температурах заведомо выше 50 K.

рами АЭ в кристаллах CaF2 [1,3,8]. Например, в релаксации поглощения АЭ на 2.75 eV при комнатной 1. Эксперимент температуре найдены два компонента ( 1.7 µs ( 92 %) и 34 µs) [1], а при 80 K — только один (38.2 µs) [8].

Номинально чистые образцы выращены методом Сток- Мы также нашли, что 90 %оптической плотности на баргера в ГОИ (Санкт-Петербург) В.М. Рейтеровым.

2.75 eV при 295 K описывается быстрым компонентом.

Концентрация отстаточных примесей не превышала Однако, во-первых, значение постоянной времени ока10-5 mol.%. Методика измерений подобна описанной залось неодинаковым и изменялось в области электронв [9] и использовалась в [3]. Однако в настоящих ного компонента поглощения АЭ в пределах 0.8-1.3 µs 1198 Е.П. Чинков, В.Ф. Штанько оказывает различное влияние на интенсивности этих полос. Например, если при 295 K в спектре медленного компонента полосы на 3.15 и 3.5 eV доминируют, а на 2.55 и 4.55 eV проявляются в виде небольшого фона (кривая 4 на рис. 1), то с ростом температуры интенсивности последних резко возрастают наряду с полосами Fи H-центров окраски (3.2 и 4.0 eV соответственно) [3].

Совокупность этих фактов позволяет в группе полос A выделить группу D (полосы на 2.55 и 4.55 eV).

Резкое изменение значений K и отсутствие ”плато” в спектральной области 3.0-3.7eV (группа A) предполагают помимо короткоживущего компонента присутствие более инерционного. Оба приписаны АЭ, поскольку при Рис. 1. Спектры переходного оптического поглощения криразложении исключен вклад долгоживущего поглощения сталла CaF2, измеренные при 80 (1) и 295 K (2–4) че(кривая 4 на рис. 1). Поэтому группа A дополнительно рез 10 ns (1, 2), 0.5 µs (3) и 17.5 µs (4) после окончания разделена еще на две (A1 и A2). Обозначение Aимпульса ускоренных электронов.

использовано для более инерционного компонента. Спектральное различие этих групп точно не установлено.

Отношение K для групп A1 и Cравно 2 при 295 K.

при ошибке не более 0.1 µs. Во-вторых, спектр медлен- Характерное время жизни АЭ при 77 K равно 57 [1] ного компонента (кривая 4 на рис. 1) отличается от и 40 µs [3,8]. Релаксация наведенного поглощения спектра АЭ (кривая 2 на рис. 1), а кинетики в полосах изучена в интервале 0.01-40 µs. Коэффициенты спада на 3.1 и 3.5 eV носят многоэкспоненциальный характер. представлены на рис. 2, c. Как при 295, так и при 80 K в Сложный спектральный состав переходного поглоще- спектрах переходного поглощения выделены группы A, ния (рис. 1) во многом согласуется с ранее измеренным B и C. Группа A также разделена на две и обе прив CaF2 при 10 K в [1], где он был приписан ошибкам писаны АЭ; обозначения соответствуют принятым при измерений, хотя авторы и отметили факт неоднород- разложении при 295 K (в [8] в этой области спектра ной его релаксации. Проследить за релаксацией при при 80 K также обнаружены два компонента 0.42 и 295 K сложно: полосы перекрываются (ср. кривые 2, 3 4.2 µs, но они приписаны F- и H-центрам окраски).

на рис. 1), а характерные времена жизни дефектов, как Из данных рис. 2, c видно, что при 80 K изменилось отмечено выше, весьма близки. Поэтому для анализа спектров применен метод Аленцева–Фока [10].

На рис. 2, a, b в качестве примера представлены спектры, полученные при разложении быстрого компонента поглощения в кристалле CaF2 при 295 K. Оказалось, что в видимой и ультрафиолетовой областях спектра можно выделить полосы, характеризующиеся близкими значениями коэффициентов спада (K) наведенного поглощения ко времени 0.5 µs. По этому признаку полосы объединены в группы, которые обозначены A, B и C. Спектральное положение максимумов на рис. показано стрелками. Коэффициенты спада соотносятся как KA > KB > KC. Вследствие перекрытия полос разложение дает качественную картину спектрального распределения поглощения тех или иных дефектов, а не соотношение их характерных времен жизни.

В группах B и C каждой полосе из области электронного компонента поглощения АЭ соответствуют дветри полосы из области дырочного. В группе A двум электронным переходам соответствуют два дырочных. В Рис. 2. Спектры оптического поглощения кристалла CaF2, группах B и C совпадение значений K вполне удовлетвополученные путем разложения по методу Аленцева–Фока разрительное, а в группе A приблизительное. Мы полагаем, ностного спектра D (10 ns)–D (0.5 µs), измеренного при 295 K, что последнее обусловлено проявлением разной приропосле вычитания медленного компонента из разностного ды дефектов. Во-первых, из данных рис. 1 (кривая 4) спектра (a) и после вычитания спектра, показанного на и рис. 2 видно, что полосы на 2.55, 3.15, 3.5 и 4.55 eV рис. 2, a, из разностного спектра (b). c — коэффициенты присутствуют в спектрах быстрого и медленного компоспада D (10 ns)/D (40 µs) переходного оптического поглощения нентов поглощения. Во-вторых, температура кристалла при 80 K в кристалле CaF2.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № Спектрально-кинетические характеристики переходного поглощения в кристаллах фторида кальция соотношение коэффициентов спада: KA2 < KB < KC, но KA1 > KB и KA1/KC = 1.2.

Необходимо отметить, что отношение KA1/KC является функцией не только температуры, но и предыстории номинально чистых кристаллов CaF2. Результаты будут опубликованы отдельно.

Анализ полученных результатов позволяет установить следующие закономерности в релаксации переходного поглощения в CaF2: 1) электронный и дырочный компоненты поглощения АЭ представляют собой суперпозицию полос с полуширинами 0.2 eV при 295 K;

2) быстрый компонент в релаксации поглощения АЭ состоит по крайней мере из трех групп полос A, B и C, каждая из которых характеризуется своим спектральнокинетическим составом, при 295 и 80 K необходимо деление группы A на две (A1 и A2); 3) понижение температуРис. 3. Четыре возможные конфигурации F, H-пар в решетке ры от 295 до 80 K сопровождается увеличением вклада в CaF2. Нумерация соответствует принятой в [1]. H-центр интегральный спектр групп полос B и C, но уменьшением представлен в виде гантели, лежащей вдоль направления 111.

A1 и D, группы полос A и D наблюдались в спектрах быстрого и медленного компонентов поглощения.

Авторы [5] установили, что спектральное распредев составе дырочного ядра. Данный параметр идентичен ление короткоживущего компонента поглощения АЭ в геометрическому фактору (R), введенному в [7] для SrF2 при 10 K (59 µs, полосы на 2.34 и 4.13 eV) как бы описания структуры экситона, однако далее мы обсудим включает в себя распределение наиболее долгоживущего и предполагаемое отличие.

компонента (7.7 ms, 2.7 и 3.35 eV). Из данных рис. Согласно классификации, самой тесной F, H-парой видно, что группа полос A расположена в спектральном является конфигурация 2, а самой разделенной — конинтервале, ограниченном группой B, которая в свою фигурация 1 (рис. 3). Конфигурация 2 обычно рассмаочередь ограничена группой C. Здесь мы отмечаем тривается как наиболее правильная геометрия АЭ: в качественное согласие результатов разложения спектра работах по ОДМР [4,12] не замечено различие между переходного поглощения в кристалле CaF2 при 295 K с конфигурациями, и только она вносит положительный аналогичным в SrF2 при 10 K [5].

вклад в значение параметра D [7], описывающего в С другой стороны, в кристалле CaF2, так же как и спиновом гамильтониане отклонение окружения АЭ от в SrF2, в релаксации поглощения АЭ при 10 K выделекубической симметрии. Конфигурация 2 является наибоны три временных компонента: 83 µs, 870 µs и 8.8 ms.

лее короткоживущей в SrF2 при10 K [5].

Причем в релаксации наиболее низкоэнергетической поВ таблице приведены предполагаемая идентификация лосы на 2.75 eV преобладает наиболее короткоживущий выделенных групп полос, а также времена жизни дефеккомпонент [1]. Исключив из рассмотрения группу Aтов при 10 K и их геометрические факторы. Видно, что по (рис. 2), хотя она качественно согласуется с данными [8], мере увеличения параметра R наблюдается дискретное мы делаем аналогичный вывод, поскольку полосы на 2.смещение максимумов полос из области как электрони 2.9 eV доминируют в спектрах переходного поглощения ного, так и дырочного компонентов поглощения АЭ в как при 10 K [1], так и при 80 K(кривая 1 на рис. 1).

направлении положений максимумов полос поглощения Таким образом, выделенным группам полос можно пространственно разделенных F- и H-центров (3.31 и поставить в соответствие времена жизни дефектов при 4.03 eV соответственно [13,14]). Максимумы дырочных 10 K из работы [1].

переходов на 3.5 eV и в области 3.8-4.0 eV расположены по энергии ниже соответствующего перехода молекуляр3. Обсуждение результатов ного иона F- [14]. Однако снижение энергии дырочных переходов в поглощении АЭ наблюдается и в других На рис. 3 схематично представлены четыре возможные флюоритах: 3.35 eV в SrF2 [5] и 3.4 eVв BaF2 [1].

конфигурации АЭ в решетке флюорита. В составе АЭ В работе [7] геометрический фактор R был взят с F-центр занимает узельную позицию аниона, а H-центр параметрами для ”чистого” H-центра (межъядерное разориентирован примерно вдоль 111 -оси. Считается, что деление 3.6 a.u.). Однако очевидно, что присутствие дырка на ядре экситона локализована преимуществен- электрона определенным образом влияет на энергию дыно на межузельном фторе ( 70 %), т. е. так, как на рочных переходов. Например, для щелочно-галоидного H-центре [11]. В качестве основного параметра при кристалла (ЩГК) KI в [15] оценено межъядерное расидентификации выделенных групп полос использовано стояние в возбужденном -излучательном состоянии, электрон-дырочное разделение, т. е. расстояние от пози- которое оказалось 67 % от расстояния в идеальном ции вакансии в анионном узле до межузельного фтора кристалле по сравнению с 58 % для автолокализованной Физика твердого тела, 1997, том 39, № 1200 Е.П. Чинков, В.Ф. Штанько Параметры автолокализованных экситонов в CaFИдея о расщеплении АЭ на электронную и дырочную конфигурации ранее рассматривалась в основном на базе Группа R, a.u. Время жизни, Конфигурация E, eV H, eV данных ОДМР [4,7,12]. Закономерности, полученные полос [6] µs [1] в настоящей работе на основе оптических измерений, A1 4(1) 3.15 3.55 - должны рассматриваться как дополнительные свидетельA2 4 (1) 3.15 3.55 5.3 (7.8) ства, указывающие на структуру АЭ как на систему двух B 2 2.75 4.2, 4.3 4.3 хорошо разделенных взаимодействующих диполей.

C 3 2.90 3.8, 4.0 4.8 В связи с этим следует остановиться на происхоD 2(3) 2.55 4.55 ждении временных компонентов в релаксации АЭ и низкотемпературного предела константы скорости реакПримеча ние. E, H— положение максимумов полос в электронном и дырочном компонентах соответственно. 1 a.u. = 0.0529 nm.

ции [1]. Мы полагаем, что здесь имеет место аналогия с процессами, рассматриваемыми в известной теории безызлучательной туннельной рекомбинации [18], дырки (Vk-центра). Если аналогичная ситуация имеет использующей двухмодовые факторы Франка–Кондона, место во флюоритах, то значения R, взятые из [7] (см.

Pages:     || 2 |



© 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.