WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 8 Оптическая спектроскопия фторида бария с пространственно-временным разрешением © В.Ф. Штанько, Е.П. Чинков Томский политехнический университет, 634004 Томск, Россия (Поступила в Редакцию 3 декабря 1997 г.) Методом оптической спектроскопии с пространственно-временным разрешением исследованы спектра льно-кинетические характеристики переходного поглощения и быстро затухающего свечения в кристалле BaF2 при воздействии импульса ускоренных электронов наносекундной длительности. Обнаружено пространственно неоднородное создание первичных продуктов радиолиза и установлена взаимосвязь этих процессов с исходными свойствами кристалла BaF2.

Под действием ионизирующей радиации в номинально диафрагмированным пучком подвергались поверхность чистых кристаллах флюорита при температурах не выше образца 3.75 mm2. Плотность энергии (0.2 J · cm-2) комнатной эффективно создаются автолокализованные измерена калориметрическим методом, отклонение по экситоны (АЭ), которые представляют в виде различ- облучаемой поверхности ±5%. Частота следования имных конфигураций близко расположенных F, H-пар [1–4]. пульсов облучения выбрана 10-3 Hz. В настоящей раОбычно в спектрах выделяют электронный и дырочный боте использованы как обычно применяемые геометрии компоненты поглощения АЭ [1]. Однако это деление измерений (образец расположен под некоторым углом весьма условно, поскольку в ряду CaF2, SrF2, BaF2 к направлению распространения электронов [8]), так и заметно возрастает поглощение в спектральной области, геометрия с нормальным падением пучка электронов расположенной между этими компонентами. Собствен- на образец. Регистрация спектров переходного поглощеное свечение флюоритов связывают с излучательны- ния и быстро затухающего свечения осуществлялась со ми переходами из синглетных и триплетных состояний всей глубины пробега электронов в образце ( 250 µm) АЭ [1]. В BaF2 синглетное свечение не обнаружено, как со всей облучаемой поверхности ( 3.75 mm2), но, как и в некоторых щелочно-галоидных кристал- так и с микрозон размером 25 38 µm. Распределелах [5], наблюдается быстро затухающее свечение (БС) ние светосуммы люминесценции (спектральная область ( < 1ns) в ультрафиолетовой области спектра. Причем 300-400 nm выделена с помощью светофильтров) заревыход БС в BaF2 значительно выше, чем в CaF2 и SrF2. гистровано с фокальной плоскости, расположенной на Авторы [6] приписывают БС остовно-валентным пере- глубине 100 µm от облучаемой поверхности, фотограходам, а авторы [5] — синглетной люминесценции АЭ фическим способом с помощью микроскопа МПД-1 с с нерелаксированным дырочным ядром. Эффективность использованием мелкозернистой фотопленки типа ”Миксоздания близко расположенных (автолокализованных рат”. Фотометрирование снимков проводилось на микроэкситонов) и пространственно разделенных F, H-пар, а фотометре МФ-2 с разрешением 0.3 0.5 µm.

также выход БС зависят от температуры и плотности возбуждения [1–7]. Далее мы покажем, что эти характе2. Экспериментальные результаты ристики в значительной мере определяются предысторией кристалла.

Спектр переходного поглощения BaF2, выколотого из Целью настоящей работы является исследование пенижней части блока и измеренного с использованием реходного поглощения и быстро затухающего свечения обычной схемы измерений (образец располагался под в номинально чистых кристаллах BaF2 методом имуглом 55 к направлению распространения электронов), пульсной спектроскопии с пространственно-временным представлен на рис. 1 (кривая 1). Характерный вид спекразрешением.

тра качественно согласуется с данными [5]. Релаксация наведенного поглощения описывается экспоненциальной зависимостью с несколькими постоянными времени.

1. Эксперимент Причем с постоянной 250 ± 50 ns описывается 95% Метод импульсной спектроскопии описан в [8], мето- спада оптической плотности в области электронного дика прецизионных измерений рассмотрена в [4]. Мак- компонента. Спектральное распределение временных со симальная энергия ускоренных электронов 0.28 MeV, ставляющих, выделенных графическим анализом кинедлительность импульса (тока) на полувысоте 12 ns, вре- тик релаксации поглощения для фиксированных энергий менное разрешение 7 ns. Кристаллы, выращенные ме- квантов без учета сложной структуры спектра, предста тодом Стокбаргера в ГОИ (Санкт-Петербург), выкалы- влено на рис. 1 кривыми 2–4.

вались из одного блока в виде пластинок размером Распределение интенсивности наведенного поглоще8 8 0.5 mm с учетом направления роста. Облучению ния вдоль произвольной координаты (x) по облучаеОптическая спектроскопия фторида бария с пространственно-временным разрешением мой поверхности образца измерено в перпендикулярной геометрии спустя 10 ns после окончания импульса электронов на фиксированной длине волны (1.90 eV) с разрешением 25 38 µm. Результаты представлены на рис. 2, a. Распределение светосуммы люминесценции вдоль произвольного направления по облучаемой поверхности, измеренное по почернению фотопленки с разрешением 0.3 0.5 µm, представлено на рис. 2, b.

Спектры переходного поглощения кристалла BaF2, выколотого из верхней части блока, измеренные в перпендикулярной геометрии с произвольно выбранных, но одинаковых по площади микрозон, представлены на рис. 3 кривыми 2, 3. Кривой 1 представлен спектр переходного поглощения, измеренный в той же геомеРис. 1. Спектр переходного поглощения кристалла BaF2, трии, но с площади 3.75 mm2. Спектры БС, измеизмеренный при 295 K спустя 10 ns после окончания импульренные в перпендикулярной геометрии с тех же самых са электронов (1), и спектральное распределение временных микрозон, что и поглощение, представлены на рис. составляющих (2–4) в релаксации наведенного поглощения:

кривыми 2, 3. Расстояние между микрозонами 430 µm.

2 —60 ns, 3 — 250 ± 50 ns, 4 — 400 ± 50 ns. Образец Для сравнения приведен спектр БС (кривая 1), измерасположен под углом 55 к направлению падения электронов ренный в обычной геометрии с облучаемой поверхнопучка.

сти 3.75 mm2. Интенсивность БС микрозон примерно на три порядка ниже, чем всей облучаемой поверхности.

Анализ полученных данных позволяет установить следующие закономерности: во-первых, в спектрах как быстро затухающего свечения, так и переходного поглощения наблюдается сложная структура; во-вторых, интенсивность, спектральный состав переходного поглощения и быстро затухающего свечения, а также распределение светосуммы люминесценции в значительной мере определяются координатами облучаемой области кристалла.

3. Обсуждение результатов Нарушение условия дисперсности создания АЭ обычно связывается с появлением дополнительных каналов стока электронных возбуждений в дефектной решетке.

При этом эффективность создания автолокализованных экситонов в ненарушенных участках решетки уменьшается [9]. Хорошо известно [10], что в кристаллы BaF2 гомологическая катионная приместь может входить в высокой концентрации. Спектральный анализ наших образцов прямо показывает присутствие примесей кальция и стронция. Кроме того, наблюдается качественное совпадение спектральных распределений составляющих с постоянными времени 60 ns и 400 ± 50 ns в BaF(кривые 2, 4 на рис. 1) с распределением электронных Рис. 2. Пространственное распределение интенсивности наи дырочных компонентов поглощения АЭ в SrF2 и CaFведенного поглощения (a) и светосуммы люминесценции (b) соответственно [1,4]. Применение метода Аленцева– вдоль произвольных координат x по облучаемой поверхности в кристалле BaF2 при 295 K. a — измерено в перпендикулярной Фока [11] для анализа структуры спектров переходного геометрии спустя 10 ns после окончания импульса на 1.90 eV поглощения во флюоритах позволило также выявить с разрешением 25 38 µm; b — пропускание фотопленки T совпадение спектральных положений максимумов ряда измерено с разрешением 0.3 0.5 µm. Фотографирование полос в этих кристаллах (подробный анализ будет дан в в собственном свечении кристалла (спектральная область отдельной работе). Следовательно, можно предполагать 300-400 nm выделена с помощью светофильтров) выполнено образование фазовых включений CaF2 и SrF2 в BaF2.

с фокальной плоскости, расположенной на глубине 100 µm Резкое неоднородное по пространству изменение инот облучаемой поверхности.

тенсивностей селективных полос (рис. 2, a и3) в области Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1462 В.Ф. Штанько, Е.П. Чинков компонентов поглощения АЭ в номинально чистых кристаллах CaF2 иSrF2. Во-вторых, эффективность создания автолокализованных экситонов как в номинально чистом кристалле, так и в его фазовом включении должна быть функцией температуры кристалла и плотности возбуждения. Однако интенсивность наведенного поглощения в области 2.2-4eV в BaF2 (кривая 3 на рис. 3) практически в 3 раза превышает таковую в кристаллах SrF2 иCaFпри одинаковых условиях облучения. Следовательно, можно предположить, что гомологическая примесь не образует чистой фазы, поскольку имеется эффективный канал стока электронных возбуждений.

Пространственно неоднородное создание первичной дефектности в BaF2 можно также выявить на основе изучения распределения светосуммы собственного свечения. Обычно считается [1,5], что оно возникает из тех же энергетических состояний АЭ, что и поглощение.

Как следует из данных, представленных на рис. 2, b, распределение светосуммы по облучаемой поверхности представляет собой сложную картину. На фоне больших фрагментов (до 100 µm) с примерно одинаковым распреРис. 3. Спектры переходного поглощения кристалла BaF2, делением светосуммы люминесценции имеются сравниизмеренные в перпендикулярной геометрии при 295 K спутельно узкие ( 10 µm) области. Оптические микронестя 10 ns после окончания импульса. 1 — с облучаемой поверходнородности в кристалле BaF2 также хорошо видны по ности 3.75 mm2, 2, 3 — с одинаковых по площади (25 38 µm) эффектам двойного лучепреломления на локальных помикрозон, удаленных друг от друга на расстояние 430 µm.

лях напряжений в скрещенных поляризаторах. Имеются они и в других кристаллах флюорита [13].

электронного компонента поглощения АЭ ( 1.90 eV) предполагает значительное влияние исходной структуры кристалла BaF2 на распределение АЭ по конфигурациям.

(Обычно считается [1,5], что создание АЭ происходит в ненарушенной решетке BaF2.) Данные, представленные на рис. 3 (кривые 2, 3), свидетельствуют также о том, что и эффективность создания дефектов в фазовых включениях является функцией координат. Причем наблюдается явная пространственная корреляция процессов создания дефектов в основной матрице и в фазовых включениях (рис. 2, a и 3). Поскольку локализация электронных возбуждений осуществляется на стадии свободных электронов и дырок и весьма чувствительна к изменениям кристаллического потенциала решетки [12], следует полагать, что создание АЭ в решетке BaF2 происходит в окрестности расположения дефекта. Этим, по-видимому, и объясняется неоднородное по пространству изменение эффективности создания автолокализованных экситонов и их распределение по конфигурациям.

Выше на основе интегральных спектрально-кинетических измерений (рис. 1) предполагалось, что гомологическая катионная примесь в BaF2 образует фазовые включения. Измерения с пространственным разрешением (рис. 2, a и3) предполагают возможность образования Рис. 4. Спектры быстро затухающего свечения кристалла буферного слоя, т. е. переходной области от фаз CaF2 BaF2, измеренные при 295 K. 1 — в геометрии, при которой или SrF2 к решетке BaF2. Во-первых, распределение образец расположен под углом 55 к направлению падения временных составляющих в релаксации переходного по- электронов пучка, 2, 3 — в перпендикулярной геометрии с тех же микрозон, с которых измерено наведенное поглощение (см.

глощения в BaF2 (кривые 2, 4 на рис. 1) несколько кривые 2, 3 на рис. 3).

уширено по сравнению со спектральным распределением Физика твердого тела, 1998, том 40, № Оптическая спектроскопия фторида бария с пространственно-временным разрешением Недавно показано [14], что синхронное с электронным [9] Л.А. Лисицына, В.М. Рейтеров, В.М. Лисицын, Е.П. Чинков, Л.М. Трофимова. Опт. и спектр. 55, 5, 875 (1983).

облучением оптическое довозбуждение АЭ в области [10] W. Hayes, A.M. Stoneham. In: Crystals with the Fluorite электронных компонентов сопровождается как в CaF2, Structure / Ed. W. Hayes. Oxford. (1974). Ch. 4. P. 185–280.

так и в BaF2 селективными по спектру изменения[11] М.В. Фок. Тр. ФИАН 59, 3 (1972).

ми интенсивности быстро затухающего свечения, что [12] В.И. Корепанов, В.М. Лисицын, Л.А. Лисицына. Изв. вузов.

явно противоречит модели остовно-валентных переходов. Поскольку создание первичной дефектности в BaF2 [13] Физика, 11, 94 (1996).

L. Dressler. Cryst. Res. Technol. 21, 4, K53 (1986).

обнаруживает явную зависимость от исходной струк[14] В.Ф. Штанько, Е.П. Чинков. Письма в ЖТФ 23, 21, туры кристалла, представляло интерес проследить за (1997).

изменением в интенсивности и спектре БС на основе измерений с пространственно-временным разрешением (рис. 4). Сравнение данных, представленных на рис. и 4, однозначно свидетельствует о пространственной корреляции процессов создания первичной дефектности и возбуждения БС. Резкая пространственная неоднородность протекания этих процессов предполагает, что их эффективность в значительной степени определяется исходной структурой решетки. Полученные в настоящей работе данные свидетельствуют о наличии развитой дефектной структуры кристаллов BaF2 и хорошо согласуются с выводами [10]. Поскольку уровень исходной дефектности в CaF2 и SrF2 значительно ниже, чем в BaF2 [10], наблюдается резкое различие в выходах БС в этих матрицах.

Таким образом, данные настоящей работы можно рассматривать в качестве альтернативных аргументов модели БС не только в рамках модели остовно-валентных переходов [6], но и как разновидности ”горячей” люминесценции АЭ [5]. В совокупности с данными по сублинейной плотностной зависимости эффективности создания как близко расположенных (автолокализованных экситонов), так и пространственно разделенных F, H-пар [3,5,7] полученные результаты позволяют предположить прямую связь процессов создания первичной дефектности с исходными свойствами кристаллов со структурой флюорита. Метод импульсной спектроскопии с пространственным разрешением является информативным методом изучения первичных продуктов радиолиза в реальных кристаллах.

Список литературы [1] R.T. Williams, M.N. Kabler, W. Hayes, J.P.H. Stott. Phys. Rev.

B14, 2, 725 (1976).

[2] Н.Н. Ершов, Н.Г. Захаров, П.А. Родный. Опт. и спектр. 53, 1, 89 (1982).

[3] Л.А. Лисицына, В.М. Лисицын, Е.П. Чинков. Изв. вузов.

Физика, 1, 13 (1995).

[4] Е.П. Чинков, В.Ф. Штанько. ФТТ 39, 7, 1197 (1997).

[5] И.П. Денисов, В.А. Кравченко, А.В. Маловичко, В.Ю. Яковлев. ФТТ 31, 7, 22 (1989).

[6] М.Ю. Александров, В.Н. Махов, П.А. Родный, Т.И. Сырейщикова, М.Н. Якименко. ФТТ 26, 9, 2865 (1984).

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.