Введение к работе
Настоящая работа посвящена синтезу и хароктеризь^ии полупроводниковых кластеров Se и CdS, стабилизированных в полостях твердотельных диэлектрических порист і матриц цеолитов КаА, КаХ и шабазита.
Актуальность темы. Вещества с пониженной размерностью, величина частиц которых в атомных масштабах ограничена в одном, двух или трех измерениях о размерами от -нескольких десятков 8 до тысяч й, являются новыми объектами ГРИ решении современных научно-технических задач, связанных с созданием и исследованием веществ о принципиально новыми физическими и химическими свойствами.
Особую группу в ряду этих новых объектов образуют квантово-ограниченные полупроводники. В наиострукту ах разме; волновой функции электрон-дырочной пары (экситона) в наинизшем возбужденном состоянии кластера сравнимы с физическим размером частицы. Квантовое ограничение вкситона означает, что непрерывная энергетическая зона, характерная ^ля твердого тела, приобретает молекулярный характер о узкими диапазонами разрешенных энергий и лолосатой структурой в оптических спектрах. Влияние размерных эффектов на структуру, электронные и фононныв спектры, увеличение роли поверхности приводят к модифицированию свойств полупроводникез при переводе к ноль-мерным (кластеры) и одномерным (нити и цепи) системам. Актуальность изучения подобных объектов обусловлена значительным интересом при решении ряда прикладных чадач.Твк,
например, наблюдаемое усиление нелинь..лых оптических свойств полупроводников вблизи крвя поглощения, свя-чнное с насыщением екситонного поглощения, позволяет использовать ква ово-огравичеклые структуры в качестве нелинейных оптических ере,;, ..рименяемше в быстродействующих оптических переключателях.
Основан" проблема, при изучении различных физических и физико-химических свойств низкоразмерных систем (НС), связаны о "х получением и характеризацией. методы получения НС, существуйте в настоящее время при всех своих достоинствах, обладает существенным недостатком -.. - образуйся частицы принципиа^' но неодинакового размера.
Экспериментальные трудности получения монодисперсных частиц размером менее 20л (состоящих менее чем из 100 атомов) преодолеваются в настоящее время единственным способом. Метод, предлохенвый Б.Н.Богомоловым (11, в начале 70-х годов в впоследствии развитій под его руководством в ТИ- им Л.Ф.Иоффе РіК, позволяв? получать микроансамбли монодисперсных кластеров о утщевтрацией "бвЮ20 см"? кристаллографически упорядочение расположенных в пространстве. Этот метод основан ив дисиергировании веществ в кристаллографически регулярной системе пустот молекулярных размеров (6-ІЗК) кристаллов цеолитов.
Цель» работы являлось создание на основе цеолитов типа А, X, шабазите кластерных ансамблей селена и сульфида кадмия, их хвр'<ктериз*щия, а также изучение влияния прої ссов кластерообразования на структуру цеолитных матриц.
Научная новизна работы состоит в следующих полученных
результатах:
впервые по оптимизированной технологии метода прямого химического синтеза получены кластерные ісриствлли сульфида кадмия на основе цеолита НаХ (X-CdS), удовлетворительного оптического качества ;
впервые получены спектры поглощения монокристаллов А и X, содержащих кластеры CdS (A(X)-CdS). В системе Х-CdS обнаружен сильный квантовый размерный эффект в электронном спектре;
впервые показаны, что в процессе кластерообразования происходят неполностью обратимые, носящие локальный характер структурно-химические изменения состояния алюминия в каркасе цеолита X, при сохранении позиций каркасных атомов;
впервые получены кластеры селена в полостях шабазита (Ch-Se). Измерены СКР кристаллов Ch-Se. Показано, что селен содержится в кристалла шабазита в виде кольцевых коронообразных молекул Se&. '
Практическая ценность. Полученные в работе результаты вносят вклад в формирование современных представлений о свойствах низкоразмерных систем. Квантоворазмерные структуры X-CdS, содержащие систему монодистерсных кластеров CdS высокой концентрации, представляют большой интерес в качестве нелинейной оптической среда, применяемой в быстродействующих оптических переключателях. Кристаллы Ch-Se, проявляющие аффект обратимого фотопотемнения, могут быть использованы в устройствах оптической записи информации с высокой плотностью.
Основные положения, выносимые на защиту:
-ft.
1. Оптимизирован режим синтеза клаотеров COS в полостях
цеолита, что позволила получать клвотернк кристаллы X-CdS
высокого оптичеокого качеотва.
2. Л^ савано, что кластеры оульфида кадмия проявляет
гигантский синий одаиг спектра поглощения ("1.3 эВ) по
сравнению о .асоившм кристаллом.
3. Измерены EXAPS, РФЭ-спвк-фа, рентгеновская дифракция
крі' таллов Х-063 и" на основания втих данныг предложена
ст^тиурная модель клаотера СйЗ. '
4. Показано, что в процессе клаотерообразования
происходяї неполностью обратимые, носящие локальный характер
структурно-химические авиевения состояние алюминия в каркасе
цполита X, при сохранении позиций каркасных атомов.
5. В шлоотях природного кристалла шэбааита методой
адсорбции получены кластеры селена (Ch-Se).
6. намерены Ci^ и ЭСХА криоталлов Ch-Se и показіjo, что
селен содержится в кристалле в виде кольцевых коровообравных
моллсул Se6.
* Апробация работ. Основные результаты работ докладывались на г-ом Российско-Японском совещании "Дизайн материалов в цеолитах", Санкт-Петербург, 1992; 1-ой Российской конференции по физике полупроводников, Нижний Новгород, 1993; 1-ой Российской конференции по кластерной химии, Санкт-Петербург, 1994; 10-ой Международной конференции по цеолитам, Гар.ляв-Лар.енкирхен, Германия, 1994; международной конфе^нции по физике полупроводников, Ванкувер, Канада. 1994.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы
изложеш в 4 печатных публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит лз введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы; изложена на ІЄ8 страницах и содержит Б8 риоунков,-6 таблиц и описок литературы из 129 наименований. ' Содержание работы.