Введение к работе
Актуальность темы. Кристаллы гидрида лития, простейшего по электронному строению ионного соединения, привлекли внимание исследователей как модельные обьекты о первых шагов становления современной физики твердого тела. Многие свойства гидрида лития используются в атомной технологии. LiH применяется в составе биологической защиты в ядерных реакторах. .Перспективным является его применение в качестве активного элемента в термоядерном синтезе, источника когерентного ультрафиолетового излучения, селективного детектора нейтронов.
Кристаллическая структура 'гидрида лития сходна с типичными диэлектриками - иелочно-галоидныыи кристаллами (ВГК). поэтому многие подходы в исследовании Ы1H.и выводы делались с учетом опыта, накопленного для^ ЩГК 1І]. Однако некоторые особенности структуры электронных возбуждений (ЭВ) и способы их релаксации в гидриде лития более похони на аналогичные явления в ионных полупроводниках [21. В отличие от ЕГК в гидриде лития не были обнаружены авто-локализованные ЗВ. Анализ характеристик показал, что автолскализация в LiH, по-видимому, энергетически невыгодна ГЗ). Были обнаружены также существенные различия процессов радиационного дефектообразовання в LiH и ТДГК. В LiK принципиально вааную роль играют, многочастичные эффекты электронной корреляции вследствие особого строения внешних электронных оболочек ионов. Это не позволяет достаточно точно рассчитать структуру дефектов и параметры электронных зон LiH (например, полевение верхнего края валентной зоны,
4 наличие непрямых межзонных переходов, параметры злектрон-Фононного взаимодействия). Дополнительные сведения о данных характеристиках гидрида лития можно получить при исследовании трансформации этих свойств в ряду твердых растворов, один из компонентов которых достаточно хорошо изучен.
В качестве исследуемых объектов были выбраны смешанные кристаллы L.iH F^ , поскольку это единственный твердый раствор, в котором гидрид лития сохраняет свою структуру и тип химической связи.
Цель работы. Экспериментальное изучение зкситонной структуры, механизмов релаксации электронных возбуждений и структуры образующихся дефектов в гидриде лития и кристаллах LiH Р .
Научная новизна работы определяется впервые полученными экспериментальными результатами комплексного исследования концентрационного ряда твердых растворов LIH^Fx с помощьи методов оптической и радиоспектроскопии:
-
Исследовано поведение края фундаментального поглощения в твердых растворах LIH^F^ .. 'ыяснено, ,то о ванном моединении формируются раздельные экситонные зоны гидрида лития и фторида лития (это свойственно перзестивному типу поведения спектров).
-
Изучен сдвиг спектров, связанных с гидридной зкситонной зоной в твердом растворе LiH,.^. Обнаружено, что сдвигс увеличением концентрации фтора имеет нелинейный характер, что определяется изменением симметрии энергетических зон, а также вызван образованием в твердом растворе гидридом и фторидом лития подреиеток и кластеров различных размеров.
. 5
-
Установлено, что структура спектров лиминесценции по мере увеличения концентрации фтора в'LiH,_xF, определяется прямыми. непрямыми и квазипрямыми переходами в подрешетке и кластерах LiH.
-
При облучении электронами с энергией 200 кэВ зарегистрировано существование одновременно двух типов F-центров: созданных в регулярных узлах решетки по механизму упругого смещения и являющихся температурно-стабильными, и созданных при распаде электронных возбуадений. около дорадиационных дефектов с образованием скоплений.
-
Впервые получены экспериментальные данные, которые свидетельствуют о создании в LiH первичных заряженных дефектов (анионных вакансий).
-
На основании экспериментальных результататов и анализа литературных данных показано, что одиночные атомы водорода (дейтерия) в кристаллах LiF преимущественно располагаются в катионном или анионном узлах. Меадоузельное ИХ ПОЛ08ЄНИе маловероятно. При концентрации водорода свыше 1-2 моль2 наблюдаются новые парамагнитные центры, природа которых пока неясна.
Практическую ззачимость настоящей работы имеютт
методика выращивания ' смешанных кристаллло LLH,_xFx " различными концентрациями компонентов;
возможности изменения зонной структуры LIH посредством введения различного количества фтора;
модернизация ростовых установок, позволившая_ получить более чистые кристаллы LiH по сравнения с ранее выращиваемыми на этих установках.
выводы о механизыах релаксации 33 и свойствах вакансией-ных дефектов;
использование малогабаритного ускорителя электронов для проведения спектрально-кинетических исследований при температуре 4,2 К.
Автор защищает:
-
Выводы о поведении экситонной структуры L1H в твердых растворах LilL^ . сделанные на основании экспериментов по изучении СП.ПРО. отраяения, поглощения, люминесценции и коибинационного рассеяния.
-
Результаты экспериментальных исследований процессов релаксации ЭВ в LiH при электронном, ультрафиолетовом и рентгеновском облучениях; интерпретацию результатов по создании двух типов F-центров.
-
Результаты исследований спектров парамагнитного поглощения водородных дефектов в LiRxF^ при х > 0,8.
Вклад автора. Усовераенствование установок для выращи-вания кристаллов и создание установки для спектрально-кинетических исследований при гелиевых температурах выполнены автором работы. Он принимал непосредственное участие во всех представленных в данной работе экспериментальных исследованиях, проводимых в УГТН-УПИ и в Институте физики Академии наук Эстонии. Интерпретация части . результаато осущест-влена совместно с Полиенко Й.Н. и Чолахом СО.
" Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и обсуждались на второй республиканской конференции по физике твердого тела (ОН, 1389г.); на первой региональной конференции по радиационной физике твердого тела (Самарканд, 1991г.); на IX юбилейной научно-практической
конференции 9ПИ и«. СМ. Кирова (Свердловск. 1Э90г.); на Прибалтийском семинаре по физике ионных кристаллов (Юрмала 1930 г.); на- седьмом Всесоюзном - первом Меядународном совещании ,4Ламинофор-Зг" (Ставрополь. 1332г.). По результатам настоящих исследований опубликовано семь статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содвр1ит 131 страницу, в том числе 83 страницы основного текста, 36 рисунков. 2 таблицы и список литературы из 92 наименований.