WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 10 Кинетика затухания фотолюминесценции KCl–Yb © В.В. Пологрудов, З.Д. Ибрагим Иркутский государственный университет, 664003 Иркутск, Россия E-mail:pol@ic.isu.ru (Поступила в Редакцию 22 января 1999 г.

В окончательной редакции 18 февраля 1999 г.) Исследована кинетика затухания свечения кристалла KCl–Yb, возбуждаемого в одной из длинноволновых полос поглощения Yb2+ излучением азотного лазера с плотностью мощности менее 103 W/cm2. Обрнаружено, что в обеих полосах свечения, как связанной с разрешенным переходом (399 nm), так и с запрещенным (430 nm), имеются две стадии затухания — начальная экспоненциальная сменяется гиперболической.

Неэкспоненциальное затухание, обусловленное туннельным возвращением оптического электрона на центр свечения, рассматривается как свидетельство делокализации электрона при внутрицентровом возбуждении и объясняется формированием эксимероподобной молекулярной связи при фотовозбуждении кристалла.

В работах [1,2] обнаружено, что в результате f -d свечение такого же спектрального состава наблюдалось перехода в Eu2+ ионе, находящемся в решетке щелочно- в рентгенизированных кристаллах и отождествлено со галоидного кристалла [1] или флюорита [2], электрон свечением ионов Yb+. В наших экспериментах красная может делокализоваться, не попадая в зонные состояния фотолюминесценция регистрируется в кристаллах, не основы. В такому же выводу приводят результаты фо- подвергавшихся облучению. Спектр возбуждения крастоэлектрических измерений еще одной f -d системы — ных центров не связан с основным примесным поглощекристалла KCl–Yb [3]. В настоящей работе, посвящен- нием ионов иттербия(рис. 1). Кинетика затухания синего ной исследованию кинетики затухания свечения KCl–Yb, свечения содержит две стадии: начальную экспоненциэтот вывод подтверждается.

альную с постоянной затухания = 315 µs, в течение которой интенсивность люминесценции спадает более чем на два десятичных порядка (рис. 2, a), и сменяющую 1. Экспериментальная часть ее неэкспоненциальную, простирающуюся в область десятков секунд (рис. 2, b). На этом этапе затухание описыВ работе были использованы кристаллы KCl, содервается эмпирической формулой Беккереля J = t-. Для жащие 0.5% Yb. Свечение выделялось монохроматосинего свечения = 1.8. В кристалле, охлажденном до ром УМ-2. Сигнал с фотоумножителя подавался либо 77 K постоянная затухания возрастает до 1 ms, а интенна самопишущий потенциометр, либо на запоминаюсивность свечения в течение экспоненциальной стадии щий осциллограф C8-11. Возбуждение люминесценции спадает в десять раз (рис. 3, a), неэкспоненциальная осуществлялось с помощью азотного лазера ЛГИ-составляющая затухания также замедляется, при низкой ( = 337 nm), плотность мощности излучения которого не превышала 103 W/cm2. При регистрации дальних стадий затухания (> 10-4 s) использовался фосфороскоп, позволяющий не перегружать фотоумножитель световым сигналом начальной стадии. Спектр люминесценции исправлен на спектральную чувствительность фотоумножителя и дисперсию монохроматора. В спектре возбуждения красного свечения исправлений не произведено. При низкотемпературных измерениях кристаллы находились в кварцевом дьюаре, наполненном жидким азотом.

2. Результаты экспериментов В кристалле KCl–Yb, использованном в работе, при комнатной температуре люминесценция, возбуждаемая излучением азотного лазера, состоит из двух полос, расположенных в синей ( 430 nm) и красной ( 650 nm) областях спектра. Превалирующим является синее свечение, более чем на порядок превосходящее люминесценцию в красной области. В работах [4,7,8] красное Рис. 1. Спектр возбуждения красного свечения ( = 650 nm).

1764 В.В. Пологрудов, З.Д. Ибрагим 3. Обсуждение результатов Люминесцентные характеристики ионов Yb2+ в щелочно-галоидных кристаллах наиболее подробно исследованы в работах С.С. Костенко (Ивахненко) с соавторами [4–8]. Спектры свечения в кристаллах KCl–Yb, KBr–Yb и KI–Yb содержат две полосы, одна из которых расположена в ближней ультрафиолетовой ( 399 nm для KCl и KBr) или в фиолетовой (413 nm для KI–Yb) области, другая — в синей (см., напр, [5]). Ультрафиолетовые полосы в KCl Рис. 2. Затухание люминесценции KCl–Yb (0.5%) при 300 K и KBr при комнатной температуре полностью в полосе свечения 430 nm. a — начальная экспоненциальная потушены. На примере фосфора KI–Yb заключено, стадия, b — конечная ”гиперболическая” стадия.

что длительность затухания люминесценции в случае коротковолновой полосы достаточно короткая ( < 5 µs). Из сопоставления с результатами исследования системы SrCl2–Yb2+ [9,10] эта полоса связывается с разрешенным переходом Alg-Tlu иона Yb2+ в поле симметрии Oh. Для длинноволновой же полосы свечения отмечается сложный вид кривых затухания. Автор [5] приходит к заключению, что кривая затухания раскладывается на два компонента, наиболее длительный из которых расположен в миллисекундной области. Короткий компонент длинноволновой полосы при комнатной температуре, Рис. 3. Затухание люминесценции KCl–Yb (0.5%) при 77 K в исчисляется десятками микросекунд, и эта полоса полосе свечения 430 nm: начальная (a) и конечная (b) стадии.

отождествляется с запрещенным переходом с двух близко расположенных уровней T2u и Eu или с одного из них. Применительно к KCl–Yb это относится к полосе 430 nm, постоянная затухания в которой по нашим измерениям (315 µs при комнатной температуре) вполне соответствует характеристике запрещенного перехода.

Измеренная нами постоянная времени начальной экспоненциальной стадии затухания коротковолнового свечения KCl–Yb (2.5 µs) подтверждает заключение предыдущих авторов о природе этой полосы.

Компоненты затухания свечений, отличающиеся от экспоненциальных, ранее зарегистрированы не были. Как Рис. 4. Затухание люминесценции KCl–Yb (0.5%) при 77 K в видно из приведенных результатов, все наблюдаемые свеполосе свечения 399 nm: начальная (a) и конечная (b) стадии.

чения KCl–Yb, имеющие место при фотовозбуждении, не исчерпываются лишь экспоненциальным затуханием как при комнатной, так и при низкой температуре.

Затухание свечения, следующее гиперболическому затемпературе = 0.49 (рис. 3, b). Красное свечение, кону с показателем степени, отличающимся от 2, не спектр возбуждения которого отличается от спектра свойственно не только внутрицентровому процессу, но и примесного поглощения, при комнатной температуре рекомбинационному с участием зонных состояний носиэкспоненциального компонента в затухании не содержит.

телей заряда. Такая зависимость от времени характерна Показатель степени аппроксимирующей гиперболы для для туннельного процесса и может рассматриваться как красного свечения при комнатной температуре равен 1.4.

свидетельство туннельного возвращения электрона в При низкой температуре к двум упомянутым полосам излучательное состояние. Теоретическое рассмотрение в спектре свечения добавляется полоса люминесценции туннелирования не приводит к простым аналитическим в ближней ультрафиолетовой области с max = 399 nm.

выражениям и, тем не менее возможность для анализа Начальная стадия затухания этого свечения экспоненциимеется, поскольку теоретические кривые затухания апальная с постоянной времени 2.5 µm и протяженностью проксимируются гиперболами, характерными для закона около одного десятичного порядка, конечная стадия ги- Беккереля [1]. Уменьшение показателя степени гипербоперболическая с тем же показателем = 0.49, что и для при охлаждении кристалла может быть следствием лы синей полосы при этой же температуре (рис. 4, a, b). того, что при охлаждении электрон заселяет более низФизика твердого тела, 1999, том 41, вып. Кинетика затухания фотолюминесценции KCl–Yb кое колебательное состояние ловушки, из которого веро- Список литературы ятность туннелирования меньше. Одинаковое значение [1] В.В. Пологрудов, Е.Н. Карнаухов. ФТТ 31, 2, 179 (1989).

показателя гипербол для синего и ультрафиолетового [2] В.В. Пологрудов, Г.И. Калиновский. ФТТ 34, 10, свечений можно рассматривать как свидетельство того, (1992).

что за обе полосы свечения ответствен один и тот же [3] В.В. Пологрудов, З.Д. Ибрагим, Е.В. Мальчукова. Труды IV туннельный переход электрона из центра захвата на Всеросийской школы ”Люминесценция и сопутствующие центр свечения, что подтверждает принадлежность появления”. Иркутск (1999). С 25.

лос одному центру. Значительная по времени протяжен[4] С.С. Ивахненко, П.С. Ивахненко, И.А. Парфианович, ность экспоненциальной составляющей синего свечения, Е.И. Шуралева. В сб.: Физика конденсированного состоочевидно, обусловлена тем, что время жизни электрона яния вещества. Хабаровск (1977). С. 48.

в излучательном возбужденном состоянии оказывается [5] С.С. Ивахненко. В сб.: Физика конденсированного состоябольше времени туннельного перехода и, таким образом, ния вещества. Хабаровск (1977). С. 35.

[6] Е.И. Шуралева, С.С. Ивахненко, П.С. Ивахненко. В сб.:

на начальном этапе затухания туннельные переходы, длиФизика конденсированного состояния вещества. Хабательность которых меньше постоянной затухания, оказыровск (1977). С. 57.

ваются скрытыми под экспоненциальной составляющей.

[7] C.C. Костенко, Е.И. Шуралева, П.С. Ивахненко. В сб.: ФиРегистрируемое нами при комнатной температуре слазика конденсированного состояния вещества. Хабаровск бое красное свечение, совпадающее со спектром центров (1980). С. 68.

Yb+, может быть обусловлено центрами свечения, в [8] С. Костенко. Автореф. канд. дис. Свердловск (1980).

состав которых входит одновалентный иттербий, но с [9] T.S. Piper, J.P. Brown, D.S. McClure. J. Chem. Phys. 46, 4, иной компенсацией заряда, чем в случае наведенных 1353 (1967).

рентгеновским облучением центров Yb+, изучавшихся [10] Х. Витцке, Д. Мак-Клюр, Б. Митчелл. Изв. АН СССР. Сер.

в [4,7,8]. Однако совершенно иная область возбуждения физ. 34, 4, 705 (1973).

этого свечения по сравнению с возбуждением наведен- [11] В.В. Пологрудов, Е.Н. Карнаухов. ФТТ 23, 10, 3033 (1981).

[12] В.В. Пологрудов, Е.Н. Карнаухов. ФТТ 27, 5, 1380 (1985).

ных центров (430 nm [7]) делает предпочтительней вариант ”дефектных” центров, которые в той или иной форме включают в себя ион иттербия. Важным в данном случае является не столько структура центров, сколько наличие неэкспоненциального затухания центров, возбуждаемых далеко не в коротковолновой полосе их поглощения (рис. 1). Концентрация этих центров существенно меньшая, чем основных (наличие их в кристалле не находит отражение в спектре поглощения), что вполне согласуется (см., например, [11,12]) с отсутствием экспоненциальной составляющей затухания.

Очевидно, что описанные явления обусловлены взаимодействием пространственно разделенных дефектов в результате возбуждения в примесных полосах поглощения.

Наличие туннельного затухания выявляет и другую принципиально важную сторону, а именно, что возвращению электрона предшествует быстрый перенос его на центр захвата, вызванный внутрицентровым возбуждением активатора. Захват электрона ловушкой в результате активаторного возбуждения отчетливо проявляется и в фотоэлектрических измерениях [3].

Таким образом, примечательным является вывод о наличии быстрого переноса электрона, поскольку перенос происходит из состояния, далеко отстоящего от дна зоны проводимости (в данном случае возбуждение осуществлялось в одной из длинноволновых полос) и может рассматриваться как свидетельство формирования в процессе возбуждения кратковременной одноэлектронной эксимероподобной молекулярной связи между пространственно разделенными дефектами — возбуждаемым ионом и центром захвата электрона [1,2,11,12].

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.