Введение к работе
Актуальность исследования
Работа была стимулирована исследованиями в области люминесцентной спектроскопии диэлектриков с широкой запрещенной зоной (Ев = 4—12 эВ) при возбуждении фотонами с энергией от 3 эВ до 20 КэВ с временным разрешением до 100 пс, проводимыми в лаборатории синхротронного излучения Московского государственного университета. Эти работы связаны с исследованием и разработкой новых фото- и рентгенолюминофоров, в частности, для рентгеновских и запоминающих экранов, а также новых сцинтилляционных материалов для калориметров, применяемых в физике элементарных частиц.
Общая цель цикла исследований
Общей целью настоящей работы была разработка методов описания релаксации электронных возбуждений в широкозонных диэлектриках, которые наряду с достаточной степенью строгости
теоретического рассмотрения позволяли бы учитывать и феноменологические особенности свойств электронных возбуждений. Ставилась задача описать на основе такого единого подхода все этапы релаксации энергии в диэлектриках, начиная с поглощения фотона до возникновения вторичного эффекта (в частности, до испускания фотонов люминесценции).
Особенностями рассмотрения процессов релаксации электронных возбуждений, которые приводят к необходимости последовательного учета различных этапов релаксации, являются следующие:
Релаксация электронных возбуждений затрагивает область энергий (кинетическая энергия от 1 до 200 эВ), в которой они не могут быть точно описаны (время жизни 5І0-15 сек, неизвестен закон дисперсии);
Концентрация электронных возбуждений мала (не перекрываются возбужденные области, созданные отдельными фотонами);
Очень большой коэффициент поглощения (105—106 см-1) приводит к поглощению вблизи поверхности;
При возбуждении высокоэнергетичными фотонами проявляются новые разновидности радиационной релаксации (например, кросслюминесценция).
Научная новизна работы
Развито новое научное направление — теоретическое исследование процессов релаксации электронных возбуждений, создаваемых в широкозонных диэлектриках фотонами с энергией от одной до сотен ширин запрещенных зон (в том числе и единичными фотонами).
Практическая значимость работы
Различные каналы преобразования энергии фотонов из ВУФ и рентгеновского диапазонов в диэлектриках определяют выход многочисленных вторичных процессов, имеющих практическое значение (люминесценции, запасания энергии, фотоэмиссии, дефекто-образования и т.д.). При возбуждении в области фундаментального поглощения эффективность этих каналов (в частности, падение или рост квантового выхода с ростом энергии фотонов) определяется исследуемой в диссертации релаксацией электронных возбуждений с энергиями до 2-3 ширин запрещенной зоны.
Проблема релаксации высокоэнергетичных возбуждений в диэлектриках вновь становится актуальной и в связи с исследованиями новых типов сцинтилляционных материалов и других диэлектриков, преобразующих энергию ионизирующих квантов и частиц. Оценка среднего числа низкоэнергетичных электронных возбуждений была сделана несколько десятков лет назад и обсуждена в нескольких
недавних монографиях и обзорах. Тем не менее имеются как минимум две причины для обновления теоретических моделей:
электронная структура большинства важнейших сцинтилляторов довольно сложная (например, CeFj или BaF2> и не может быть выражена только через простые параметры типа ширины запрещенной зоны Eg\
в кристалле имеются несколько типов электронных возбуждений, в то же время распад только одного из них приводит к сцинтилляции (например, случай кросслюминесцентных кристаллов).
В обоих этих случаях детали зонной структуры диэлектриков могут существенно изменить оценку выхода сцинтилятора или люминофора. Такие оценки могут быть практически важными при синтезе новых материалов.
Развитие ядерной физики привело к потребности в новых наносекундных радиационно-стойких детекторах и сцинтилляторах. В связи с этим практическую ценность имеют исследования физических основ формирования .быстрой кинетики люминесценции диэлектриков.
На защиту выносятся
научные положения, сформулированные в виде выводов по работе в
разделе "Заключение".
Апробация работы
