WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

поведение: при T < 3 K ширина БФЛ незначительно При определении времени T2 по экспериментальным возрастает с ростом температуры, тогда как при более кривым очень важен алгоритм вычислений. При низких высоких температурах она растет значительно быстрее.

температурах (рис. 1, a, b) величина T2 определялась по Такое поведение ширины линии с температурой обычно той части кривой спада при больших временах задержки объясняется наличием по меньшей мере двух различных, когда вкладом от ФК в сигналы эха можно было премеханизмов оптической дефазировки: при низких темпенебречь. При более высоких температурах (рис. 1, c, d), ратурах это уширение, обусловленное взаимодействием когда величина этого вклада резко возрастает, время примесного центра с переходами в ДУС, а при более выдефазировки определялось путем вычитания вклада ФК соких температурах — уширение, вызываемое вкладом из результирующей кривой. Поскольку при этих темпе- низкочастотных колебательных мод матрицы. В области ратурах пик от ФК является практически симметричным T = 1.5-3 K наблюдается некоторое различие резульи совпадет с левой частью кривой спада ФЭ, мы исполь- татов, полученных двумя разными методами. В качестве зовали эту часть для аппроксимации ФК-пика симмет- причины указанного различия мы предполагаем влияние ричной функцией Фойгта (рис. 1, d). Полученная таким спектральной диффузии (СД) в наносекундной шкале образом функция вычиталась из результирующей кривой времени на результате измерений методом НФЭ. Дело спада, что позволило выделить вклад БФЛ. Поскольку, в том, что методы НФЭ и 2ФЭ обладают различными хасогласно теории и экспериментам, кривые спада 2ФЭ, рактерными временами измерения tx [18,20], и поэтому а также кривые спада НФЭ при T > 10 K имеют прак- по-разному чувствительны к процессам СД. Метод 2ФЭ тически экспоненциальную форму, определение времени измеряет однородную ширину линии и не чувствителен T2 в этих случаях производилось путем аппроксимации к этому процессу. В методе НФЭ значение tx опредеэтих кривых с использованием стандартного выражения ляется временем жизни T1 молекул хромофора и длительностью лазерного импульса [19], которые могут для зависимости интенсивности сигнала ФЭ от задержки превышать время T2. В частности, в наших измерениях tx определялось временем T1, т. е. составляло единицы IPE( ) =IPE(0) · exp -. (1) наносекунд.

TФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. Оптическая дефазировка в твердом толуоле, активированном цинк-октаэтилпорфином Параметры подгонки, полученные из аппроксимации темпера- значения от 1 до 2. К сожалению из-за отсутствия в литурной зависимости оптической дефазировки выражением (3) тературе необходимых для расчета величин в настоящее в системе Zn–ОЭП в толуоле время не представляется возможным рассчитать величину параметра для исследованной системы, исходя из b, MHz/ K c, GHz E, cm-существующих теорий.

41.07 1.1 ± 0.1 50 14.5 ± 1.В последнее время мы провели эксперименты по ФЭ на ряде примесных органических матриц: двух полимеров (полиметилметакрилат и полиизобутилен) и стекла (этанол) в температурном диапазоне 0.36-50 K [24].

Для аппроксимации измеренной температурной завиВ случае полимеров значение оказалось равным 1.1, симости мы использовали выражение что практически совпадает с измеренной в данном эксперименте значением для толуольной матрицы. В случае exp(- E/kT) PE (T ) = + bT + c, (3) 2 этанольной матрицы значение степенного показателя 1 - exp(- E/kT) составило 1.9. Причина, по которой значения степенкоторое описывает два упомянутых механизма ушире- ного показателя у изученных полимеров и толуольной ния БФЛ в случае, когда высокотемпературная часть де- матрицы оказались примерно одинаковыми, а в случае фазировки обусловлена взаимодействием лишь с одним этанола — существенно большей, до конца не понятна.

низкочастотным квазилокальным колебанием. В этом Предполагаем, что это различие может быть связано выражении первое слагаемое = 1/2T1, второе опи- с тем, что молекула резоруфина, который использосывает уширение линии, вызванное взаимодействием вался для допирования этанольной матрицы, является с туннелирующими ДУС, третье — уширение, обуслов- ионной молекулой, тогда как молекулы примесей, вволенное взаимодействием с НЧМ с энергией E. димых в другие матрицы, были электронейтральными.

Для того чтобы разделить два вклада в температур- Вокруг ионной молекулы ближайшее окружение может ное уширение БФЛ более корректно, мы проводили существенно изменяться, образуя некую оболочку (так аппроксимацию следующим образом. На первом эта- называемый shell-effect [25]). Это может приводить к изпе низкотемпературная часть кривой (T < 1-2K), где менению динамики ближайшего окружения, что могло вкладом НЧМ в дефазировку можно было заведомо пре- повлиять на ход температурной зависимости.

небречь, аппроксимировалась степенной зависимостью Полученное значение частоты локальной моды PE (T ) = + bT и определялись величины парамет- E 14.5cm-1 в исследованной системе Zn–ОЭП в торов b и. Затем значения этих параметров фиксиро- луоле достаточно типично для примесных аморфных вались и экспериментальные точки аппроксимировались систем. Так, например, значения E для нескольких с помощью выражения (3), что позволило определить систем, полученные экспериментально в [24], лежали значения параметров c и E. Как видно из рис. 2, в диапазоне 7-29 cm-1.

выражение (3) достаточно хорошо описывает экспери- Перейдем к анализу высокотемпературной части наментальные данные, за исключением данных НФЭ в об- ших данных по температурной зависимости БФЛ на ласти T < 10 K. Это расхождение, как уже указывалось, основе модели МП [16], подразумевающей широкое приписывается влиянию эффекта СД. Значения пара- распределение спектра частот квазилокальных колебаметров, соответствующих наилучшему приближению, ний. Для этой цели аппроксимацию указанных данных представлены в таблице.

выполним с использованием выражения Величина параметра отражает динамические свойEb/kB T ства изучаемой аморфной системы. Эта величина опреx6ex HO делялась в многочисленных экспериментах по ВП (T ) =aT7 dx. (4) (ex - 1)и ФЭ; полученные значения обычно находились в диапазоне 1.2-1.9. В ранних работах, основанных на стандартной модели ДУС (см., например, [21]), утвержда- Это уравнение получено в работе [26] в рамках модели МП. Оно описывает уширение однородной лилось, что в предположении равномерного распределения ДУС по энергиям P(E) const, величина параметра нии примесного центра, вызываемое низкочастотными должна быть равна 1. Тот факт, что во многих экс- фононными возбуждениями матрицы (гармоническими периментах наблюдались большие значения, обычно осцилляторами, по терминологии модели). Здесь Eb — приписывали тому, что на самом деле распределе- энергия бозонного пика, равная для толуола примерние ДУС по энергиям имеет вид P(E) Eµ, так но 20 cm-1 [27].

что = 1 + µ, а µ = 0.1-0.7 [22]. Дальнейшие более Результаты аппроксимации представлены на рис. строгие рассмотрения показали, что даже при очень (кривая 4) совместно с данными, полученными при низких температурах величина параметра должна рассмотрении на основе одной колебательной моды.

превышать 1. Так, например, в работе [23] показано, что Значение константы связи a, полученное при анализе в зависимости от значения константы взаимодействия на основе широкого колебательного спектра матрицы, ДУС-фонон может принимать для различных систем оказалось равным 2 · 10-1 s-1K-7. Как видно из рисунка, Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 220 Ю.Г. Вайнер, М.А. Кольченко, А.В. Наумов, Р.И. Персонов, С.Дж. Цилкер обе аппроксимирующие кривые достаточно близки друг установлено когда вклад акустических фононов в дефак другу. Однако это не означает, что оба исполь- зировку начинает проявляться. Отметим, что в нашем зованных подхода описания оптической дефазировки, случае весь ход температурной зависимости ширины вызываемой фононными возбуждениями, равноценны.

линии хорошо объясняется без учета вклада акустичеПолученное в первом подходе значение частоты E ских фононов, несмотря на то что измерения проведены вовсе не соответствует какой-либо реально существу- вплоть до температуры Дебая твердого толуола. Для ющей колебательной моде (в отличие от аналогичного выяснения реальной роли акустических фононов в ушислучая в примесных кристаллах). Поэтому величину рении однородной линии примесного центра в аморфной E следует рассматривать лишь как некое эффективное матрице необходимы дальнейшие исследования.

значение частоты, характеризующее широкое распреТаким образом, проведены исследования процессов деление НЧМ. Правомерность использования второго оптической дефазировки в примесной органической сиподхода подтверждается экспериментальными данными, стеме цинк-октаэтилпорфин в твердом аморфном толудоказывающими существование широкого спектра колеоле. Благодаря применению двух разновидностей мебательных возбуждений.

тода фотонного эха впервые удалось провести измеВ нашем анализе мы ограничились рассмотрением рения времен T2 в широком интервале температур вклада в оптическую дефазировку, обусловленного взаи(0.35-100 K), отличающихся более чем на 2 порядка модействием примеси с ДУС и низкочастотными ковеличины и простирающихся от милликельвинов до темлебаниями матрицы фононного типа. Следует, однако, пературы Дебая твердого толуола. Высокое временное отметить, что в исследованном широком температурразрешение, реализуемое в измерениях методом неконом диапазоне могут проявляться и другие механизмы герентного фотонного эха, позволило четко выделить уширения: взаимодействие примеси с двух- и трехфона регистрируемых кривых спада участки, соответствуюнонными туннельными переходами в ДУС, дефазировка, щие бесфононной линии и фононному крылу. Широкий вызываемая термически наведенными надбарьерными температурный диапазон измерений дал возможность переходами в ДУС, и уширение, обусловленное акунадежно разделить два различных механизма уширения стическими фононами матрицы. Вопрос о соотношении в оптическом спектре примесных молекул в изучаевкладов перечисленных механизмов в уширение линий мой системе. Это оптическая дефазировка, вызываемая в примесных аморфных системах практически не истуннельными переходами в двухуровневых системах, следовался. Неясен он и для исследованной системы.

при низких температурах и дефазировка, обусловленная В работе [28] в рамках модели МП на примере систеквазилокальными низкочастотными фононами матрицы, мы тетра-терт-бутилтеррилен в полиметилметакрилате при высоких температурах. Анализ экспериментальных впервые проведен расчет вкладов в дефазировку от двухданных показал, что спектр низкочастотных фононных фононных туннельных и надбарьерных переходов в ДУС колебаний матрицы, предсказываемый моделью МП, в примесных аморфных веществах. Было показано, что позволяет успешно описывать эти данные.

в указанной системе вклад в оптическую дефазировку от надбарьерных переходов в ДУС во всем температурном диапазоне уступает вкладу туннелирующих ДУС, Список литературы а вклад двухфононных туннельных переходов в ДУС хотя и превосходит при высоких температурах (T > 15 K) [1] R.C. Zeller, R.O. Pohl. Phys. Rev. B 4, 2029 (1971).

вклад однофононных переходов, однако утупает вкладу [2] B.M. Kharlamov, R.I. Personov, L.A. Bykovskaya. Opt.

НЧМ. К сожалению, из-за отсутствия в литературе Commun. 12, 12, 191 (1974).

необходимых для расчета параметров мы не смогли оце[3] А.А. Гороховский, Р.К. Каарли, Л.А. Ребане. Письма нить влияние этих механизмов уширения на параметры в ЖЭТФ 20, 7, 216 (1974).

температурной зависимости в исследованной системе [4] Р.И. Персонов, Е.И. Альщиц, Л.А. Быковская. Письма Zn–ОЭП в толуоле. Можно только предположить, что в ЖЭТФ 15, 10, 609 (1972).

и в изученной в данной работе системе вклады двух [5] R.I. Personov, E.I. Al’shits, L.A. Bykovskaya. Opt. Commun.

исследованных механизмов дефазировки также преобла- 6, 2, 169 (1972).

[6] N.A. Kurnit, I.D. Abella, S.R. Hartmann. Phys. Rev. Lett. 13, дают.

19, 567 (1964).

Рассмотрим теперь вопрос о возможном вкладе аку[7] J. Hegarty. J. Lumin. 36, 4–5, 273 (1987) стических фононов в температурное уширение БФЛ [8] S. Voelker. Annu. Rev. Phys. Chem. 40, 499 (1989).

в изучаемой системе. Как это следует из многочислен[9] P.W. Anderson, B.I. Halperin, C.M. Varma. Phil. Mag. 2, ных экспериментов, при температурах ниже 10-20 K (1972).

плотность состояний акустических фононов существен[10] W.A. Phillips. J. Low Temp. Phys. 7, 351 (1972).

но ниже плотности состояний ДУС и НЧМ. Поэтому [11] Amorphous Solids: Low temperature Properties / Ed. by акустические фононы не должны оказывать заметного W.A. Phillips. Berlin, Springer (1981).

влияния на динамику аморфных веществ и, в частности, [12] S. Hunklinger, A.K. Raychaudhuri. In: Progress in low tempeна уширение линий при указанных температурах. Что rature physics / Ed. by D.F. Brewer. Amsterdam, Elsiever касается более высоких температур, до сих пор не (1986). Vol. 9.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Оптическая дефазировка в твердом толуоле, активированном цинк-октаэтилпорфином [13] Tunneling Systems in Amorphous and Crystalline Solids / Ed.

by P. Esquinazi. Berlin, Springer (1998).

[14] B. Jackson, R. Silbey. Chem. Phys. Lett. 99, 331 (1983).

[15] G. Schulte, W. Grond, D. Haarer, R. Silbey. J. Phys. Chem. 88, 679 (1988).

[16] В.Г. Карпов, М.И. Клингер, Ф.Н. Игнатьев. ЖЭТФ 84, (1983).

[17] S.J. Zilker, D. Haarer, Yu.G. Vainer. Chem. Phys. Lett. 273, 232 (1997).

[18] Н.В. Груздев, Ю.Г. Вайнер. Оптика и спектроскопия 76, 226 (1994).

[19] N. Morita, T. Yajima. Phys. Rev. A30, 5, 2525 (1984).

[20] L.R. Narasimhan, Y.S. Bai, M.A. Dugan, M.D. Fayer. Chem.

Phys. Lett. 176, 3–4, 335 (1991).

[21] G.I. Small. In: Spectroscopy and Excitation Dynamics of Condensed Molecular Systems / Ed. by V.M. Agranovich, R.M. Hochstrasser. North-Holland, Amsterdam (1983).

[22] D.L. Huber, M.M. Broer, B. Golding. Phys. Rev. Lett. 52, (1984).

[23] A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, S.J. Zilker. J. Luminescence 86, 273 (2000).

[24] Yu.G. Vainer, M.A. Kol’chenko, A.V. Naumov, R.I. Personov, S.J. Zilker. J. Luminescence 86, 265 (2000).

[25] D.W. Pack, L.R. Narasimhan, M.D. Fayer. J. Chem. Phys. 92, 7, 4125 (1990).

[26] A.J. Garcia, J. Fernandez. Phys. Rev. B 56, 579 (1997).

[27] J. Wiedersich, N.V. Surovtsev, E. Rssler. J. Chem. Phys. 111, 3, 1143 (2000).

[28] Ю.Г. Вайнер, М.А. Кольченко, Р.И. Персонов. ЖЭТФ 119, 4, 738 (2001).

Pages:     | 1 ||



© 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.