Введение к работе
з
Актуальность темы.
Определение микроскопической структуры точечных дефектов является одной из важных проблем в физике твердого тела, так как очень часто именно точечные дефекты определяют объёмные свойства твердых тел. что важно с точки зрения современного материаловедения. Поиск активных материалов для перестраиваемых твердотельных лазеров, создание способов записи информации в рентгенодиагностике, альтернативных ныне существующим,- это лишь два примера (о которых ,в частности, и идет речь в представленной диссертации), где понимание роли точечных дефектов имеет принципиальный характер. Например, воздействие нескольких мощных импульсов ультрафиолетового излучения на ионные кристаллы чрезвычайно эффективно создает центры окраски, которые определяют лазурно-активные свойства материалов, использующихся в качестве активных 'элементов перестраиваемых ИК лазеров. Поэтому изучение физических свойств таких центров имеет непосредственное значение с точки зрения их технических применений. Фото- и термостабильность лазерно-активных центров являются важными параметрами, определяющими в конечном счете перспективы их использования. Центры окраски высвечиваются в процессе работы. Как установлено в данной работе, эти центры можно генерировать (регенерировать) непосредственно в резонаторе при комнатной температуре, что позволило бы лазерам работать при температурах более высоких, чем температура жидкого азота.
Второй прикладной аспект изучения дефектов в кристаллах - это поиск способов записи и считывания информации. Возможность использования процесса фотостимулированной люминесценции для "считывания" запасенной в кристалле энергии рентгеновского облучения вызвала интерес к щелочно-земельным рентгенофосфорам. Подобные материалы могут явиться альтернативой ныне широко используемому в медицине способу рентгеновской фотографии.
В представленной работе образование точечных дефектов в ионных кристаллах, их структурные особенности, спин-зависимые процессы рекомбинации, а также процессы, связанные с магнитной релаксацией взаимодействующих, сшшопмх систем в кристалле, изучались с помощью методики оптического детектирования электронного парамагнитного резонанса (ОДМР). Первоначально примененная к изучению газов и органических кристаллов для выяснением природы триплеты* возбужденных состояний, методика ОДМР нашла активное использование » фишке ионных кристаллов и полупроводников, в первую очередь блап.даря се высокой чувствительности, которая па несколько порядков превосходит чувегшпелмпч-п. традиционной методики ЭНР.
Многообразие физических свойств ионных кристаллов и полупроводников обусловило появление большого числа различных модификаций метода ОДМР, среди которых прочно утвердились регистрация магнитного резонанса по фотолюминесценции, поглощению, по проводимости и т. д. В данной работе были применены несколько различных способов регистрации магнитного резонанса, среди которых детектирование ЭПР по люминесценции, по эффекту Фарадея, по поглощению, а также традиционный метод регистрации ЭПР, по отраженной от образца СВЧ-мощности. Кроме этого была развита и применена новая методика-регистрация ЭПР без СВЧ.
Особый методический акцент работы состоит в использовании магнитного циркулярного дихроизма (МЦД) в поглощении, являвшегося-параметром, несущим информацию о спиновой поляризации основного состояния исследуемых парамагнитных центров.
Все вышесказанное определяет актуальность темы диссертационной работы, целью которой было изучение механизмов образования лазерно-активных центров в ионных кристаллах и записи информации в рентгенофосфорах, в процессе которого потребовалась разработка новых методов регистрации магнитного резонанса на основе кросс-рслаксапиопных процессов.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней:
развита методика оптического детектирования ЭПР радиационных дефектов без резонансного СВЧ поля. В основе метода лежит резонансное изменение электронной спиновой поляризации парамагнитного зонда (дефекта) при кросс-релахсании со взаимодействующим партнером;
продемонстрирована возможность образования и регенерации лазерно-активных цеіггров в допированных ионных кристаллах УФ импульсами света. Образование лазерно-активных центров УФ облучением в полосу поглощения иона-активатора объяснено в рамках экситошгого механизма образования френкелевских пар;
экспериментально установлена триплетная природа излучательного состояния гетроксоанионных комплексов Мо042' и W042' в кристаллах CaW04 и СаМоО.(.
Научная и практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:
показана возможность использования методики оптического детектирования
магнитного резонанса по магнитному циркулярному дихроизму в поглощении для
5 исследования процессов образования наведенных ионизирующим излучением
точечных дефектов, их микроскопической структуры;
создана экспериментальная установка, позволяющая проводить оптическое детектирование ЭПР в двух частотных диапазонах, 35ГГц и 77ГТц. что значительно повысило чувствительность и разрешение измерений;
был проведен ряд исследований, имеющих принципиальное прикладное значение. Были изучены:
-процессы образования лазерно-активных центров в ионных кристаллах с помощью мощного УФ излучения, с возможной их регенерацией непосредственно в резонаторе оптических квантовых генераторов -радиационные дефекты в активированных кристаллах BaFBr, которые являются перспективными элементами для записи, хранения и считывания информации (изображений), созданной рентгеновским излучением.
Полученные в работе результаты имеют фундаментальное 'значение для развития
теории кросс-релаксации и выяснения механизмов передачи спиновой
поляризации между парамагнитными центрами в кристаллах.
Достоверность и надёжность экспериментальных данных и выводов работы обеспечены разработкой высокочувствительной методики измерений, имеющимися литературными данными, а также удовлетворительным согласованием экспериментальных результатов с проведенными численными расчетами.
Основные положения, выносимые на зашиту;
-
Методом ОДМР в высоких магнитных полях были разделены перекрывающиеся полосы поглощения радиационных центров окраски в кристалле KCl:Cd. Полоса поглощения катионного однократно ионизованного атома кадмия смещена в область высоких энергий по сравнению с образованным радиацией комплексом Cd+C + a.v., захватившим электро-.
-
Было обнаружено, что спиновая поляризация F-цсптра в ЩГК очень чувствительна к изменению поляризации присутствующих в кристалле парамагнитных дефектов. Такое взаимное влияние обусловлено магнитным диполь-диполын.ш взаимодействием И вызвано эффектом кросс-релаксации при совпадении зеемановских расщеплений взаимодействующих центров. Вслсдстнне этого магнитный резонанс может быть зарегистрирован в отсутствие СВЧ поля.
3. Влияние спиновой поляризации мапштнон примеси на заселенности
энергетических уровней центров окраски обнаружено и для случая, когда их линии
ЭПР не перекрываются. В результате, резонансные СВЧ переходы мсжлу уровнями
основного состояния мапштной примни индуцируют и імените рачиччч
заселені гостей энергетических уровней, а следовательно, и изменение МВД исследуемого центра окраски.
-
При исследовании МЦД двух типов F-цснтров в кристалле BaFBnEu (F(Br") и F(F") Глиіо обнаружено, что яаходящигся в их непосредственной близости ионы Ец2+, спиновая поляризация которых влияет на МЦД F-центров, отличаются параметрами тонкой структуры.
-
Обнаружено, что при УФ облучении ЩГК при комнатной температуре эффективно создаст лазерно-активные Ар-центры, механизм образования которых аналогичен механизму образования френкелевских F-H пар при рентгеновском облучении, в результате чего появляется принципиальная возможность регенерации лазерно-активных центров импульсами УФ непосредственно в резонаторе ОКГ.
6. Экспериментально установлена триплетная природа возбужденного состояния
комплекса Мо04^" в кристалле CaWC^MoC^- Люминесцентные свойства подобных
сцинтнлляторов обусловлены электронными переходами внутри тетраэдрических
комплексов Мо04^".
Апробация работы: Основные результаты докладывались на следующих конференциях: б Всесоюзная конференция по радиационной физике и химии ионных кристаллов, Рига, 1986; 1 Республиканская конференция по физике твердого тела, Ош, 1986; Всесоюзное совещание "Люминесценция молекул и кристаллов", Таллин 1987, International Conference on Defects in Insulating Crystals, Parma 1988; Congress AMPERE on Magnetic Resonance and Related Phenomena, Poznan, 1988; 7 Всесоюзная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов, Рига, 1989; Congress AMPERE on Magnetic Resonance and Related Phenomena, Stuttgart, 1990; International Conference on Radiation Defects in Solids, Groningcn, 1990.
Публикации, Основные результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах [1-5], список которых приведен в конце автореферата.
Структура и обгем писсертании. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 109 страниц, включающих 63 рисунка и список литературы из 60 наименований.
