Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современной оптоэлектроники и оптических информационных систем ставит задачи создания новых материалов, способных управлять параметрами оптического излучения, в том числе преобразования инфракрасного (ИК) излучения в видимое. Большой интерес с этой точки зрения обнаруживается к полупроводниковым соединениям (например, галоидным солям серебра, ртути, таллия), в которых при низких температурах наблюдается сенсибилизированная антистоксова люминесценция (САСЛ), возбуждаемая в полосах поглощения адсорбированных молекул органических красителей. Кроме того, имеет место дополнительная фотохимическая сенсибилизация САСЛ. Наиболее важной особенностью антистоксовой сенсибилизированной люминесценции являются крайне низкие плотности потока её возбуждения (10 -10 квант/(см -с)) и нелинейный характер.
Исследования САСЛ в светочувствительных средах представляют несомненный интерес при изучении явлений кумуляции энергии с участием примесных поверхностных дефектов кристаллов, первоначально присутствующих и возникающих в результате действия излучения из видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазона спектра. Это приводит к фотостумулированной диффузии адсорбированных атомов (ионов) серебра и многоразовой перезарядке одного и того же адсорбированного центра а, следовательно, способствует изменению его положения адсорбции, что делает возможным взаимодействие адсорбированных центров друг с другом или, например, с молекулами органических красителей.
Ввиду двухквантовости процесса антистоксовой люминесценции широкозонных ионно-ковалентных кристаллов открываются возможности для непосредственного преобразования ИК излучения в видимый свет. Это крайне важно для практического создания элементов оптической 3D памяти. Применение САСЛ для этих целей позволяет считывать информацию без её уничтожения сканирующим лучом. Несмотря на большую значимость процесса преобразования и кумуляции энергии, исследованию механизмов этих процессов посвящено крайне мало работ. Не выяснена и роль примесных поверхностных состояний в процессе возбуждения САСЛ.
Цели и задачи исследования: 1. Разработка метода исследования и установление механизма возбуждения сенсибилизированной антистоксовой люминесценции нано- и микрокристаллов
4 AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) с адсорбированными молекулами органических красителей и продуктами фотохимического процесса.
Исследование влияния примесных центров на сенсибилизированную антистоксову люминесценцию нано- и микрокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) в присутствии органических красителей.
Исследование влияния процессов агрегации молекул органических красителей при их адсорбции на поверхности нано- и микрокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) на параметры сенсибилизированной антистоксовой люминесценции.
Объект исследований. В качестве объектов исследования выбраны нано- и микрокристаллы AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl), являющиеся типичными представителями соединений с ионно-ковалентной связью, обладающие широким спектром их практического использования.
Научная новизна работы заключается в том, что:
Разработан метод исследования фотохимической сенсибилизации антистоксовой люминесценции кристаллов галогенидов серебра.
Исследован процесс сенсибилизации антистоксовой люминесценции продуктами низкотемпературного фотохимического процесса микро- и нанокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) с адсорбированными молекулами органических красителей и в их отсутствии.
Разработан метод определения механизма антистоксовой люминесценции кристаллов галогенидов серебра.
Экспериментально показано, что в микро- и нанокристаллах AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) реализуется каскадный механизм возбуждения САСЛ через локальный уровень, обусловленный серебряным кластером.
Экспериментально показано, что в микро- и нанокристаллах AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl), сенсибилизированных молекулами органических красителей и продуктами фотохимического процесса, возбуждение САСЛ осуществляется по механизму последовательной сенсибилизации с передачей энергии электронного возбуждения от молекулы органического красителя серебряному центру кристалла.
Практическая ценность работы состоит в получении новых экспериментальных данных о сенсибилизации антистоксовой люминесценции продуктами низкотемпературного фотохимического процесса, а также в разработке метода установления механизмов возбуждения антистоксовой люминесценции.
5 Полученные результаты по механизму возбуждения антистоксовой люминесценции позволяют определить принципы спектральной сенсибилизации кристаллов галогенидов серебра, что важно для понимания процессов передачи энергии от фотовозбуждённой молекулы органического красителя к кристаллу. Кроме того, результаты по сенсибилизации антистоксовой люминесценции низкотемпературным фотохимическим процессом могут лечь в основу создания элементов оптической 3D памяти и нелинейных оптических устройств. Основные положения выносимые на защиту:
Метод определения механизма возбуждения антистоксовой люминесценции, заключающийся в одновременном получении спектров возбуждения САСЛ и спектров стимуляции фотостимулированной вспышки люминесценции (ФСВЛ) при различных воздействиях на кристаллы с адсорбированными молекулами органического красителя.
Экспериментальные данные о сенсибилизации низкотемпературным фотохимическим процессом антистоксовой люминесценции микро- и нанокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) с адсорбированными молекулами органических красителей и в их отсутствии.
Эффект смещения полос возбуждения антистоксовой люминесценции при возникновении металл органических комплексов различной дисперсности.
Механизм возбуждения антистоксовой люминесценции микро- и нанокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl), заключающийся в последовательном поглощении квантов излучения кристаллом с участием примесных поверхностных серебряных уровней, т. е. по каскадному механизму.
Механизм возбуждения антистоксовой люминесценции микро- и нанокристаллов AgCl и твёрдого раствора замещения AgCl(I) (5% Agl) с адсорбированными молекулами органического красителя и продуктами низкотемпературного процесса, заключающийся в передаче энергии от фотовозбуждённой молекулы органического красителя поверхностному серебряному кластеру кристалла, т. е. по механизму последовательной сенсибилизации.
Личный вклад автора. Настоящая работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии Воронежского госуниверситета и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры, поддержана грантами РФФИ (№05-02-96402 р-цчр_а, №06-02-96312р-центр_а), Университеты России (№УР01.01.012). Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором осуществлено
обоснование выбора метода исследования и проведены экспериментальные исследования. Проведён анализ и интерпретация полученных результатов. Сформулированы основные выводы и научные положения, выносимые на защиту.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международном Симпозиуме "Фотография в XXI веке: традиционные и цифровые процессы" (Санкт-Петербург, 2006), на VIII международной конференции "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2006), на Международной конференции "Congress on Radiation Physics and chemistry inorganic materials «RPS-13»" (Томск, 2006), на III всероссийской конференции "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах «ФАГРАН-2006»" (Воронеж 2006), на симпозиуме "Нанофотоника" (Черноголовка, 2007), на международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах «ФХП-10»" (Кемерово, 2007), на IV всеросийской конференции "Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах «ФАГРАН-2008»" (Воронеж, 2008).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 работ.
