Физика/2. Физика твердого тела

Д. ф-м.н. Ким.Л.М., Мурат Ж.М

Карагандинский государственный университет, Казахстан

Особенности распределения светосумм в сульфате калия

 При облучении сульфата калия при азотной температуре на кривой термостимулированной люминесценции (ТСЛ) наблюдаются три пика рекомбинационного свечения. Одиночный пик имеет максимум при 190К, и два сильно перекрывающихся пика свечения в области 260-300К. На рисунке 1 представлена типичная кривая ТСЛ для чистого кристалла сульфата калия.

Из рисунка видно, что в области 260-300К доминирующим является высокотемпературный пик рекомбинационной люминесценции. Кроме того, в этой температурной области форма пика не меняется в зависимости от дозы облучения. Соотношение светосумм в пиках ТСЛ в области 260-300К к пику ТСЛ при 190К остается неизменным. Оно равняется 2.30-2.37. Очевидно, что такое распределение светосумм несет в себе информацию о распределение дефектов в кристаллической решетке сульфата калия.

Известно [1-3], что в сульфатах щелочных металлов образуются следующие радиационные дефекты: SO₄^- , SO₃^- , SO₃^2- и О^-. Единственным электронным дефектом является О^- . Он образуется при диссоциативном захвате электрона анионом SO₄^2-[3]. О^- стабилизируется рядом с ионом SO₃^2- за счет ближайшего катионного окружения. Поскольку в кристаллической решетке сульфата калия имеется два неэквивалентных катионных узлов, то возможно образования ионов кислорода, имеющих разный уровень термической стабильности. Следовательно, дорадиоционная дефектность кристаллической решетки сульфата калия должна менять распределение светосумм по пикам ТСЛ матрицы. Такую дефектность создают гетеровалентные примесные ионы. Например, если ввести в сульфат калия примесь типа Со²⁺, то возникают дополнительные катионные вакансии. Их появление окажет влияние на распределение светосумм по пикам ТСЛ.

На рисунке 2 приведена типичная кривая ТСЛ для кристалла K₂SO₄ , активированного ионами кобальта. Здесь появляется новый пик с максимумом при 240К. Видно, что распределение светосумм изменилось. Доминирующим над всеми стал пик свечения при 190К. В области 260-300К явно выражен пик с максимумом при 280К. Влияние на распределение светосумм по пикам ТСЛ мы связываем с появлением дополнительных катионных вакансии. Осталось выяснить изменения в распределении светосумм в области 260-300К.

Поскольку мы предполагаем., что пики ТСЛ связаны с термической активацией миграции дефектов О^- , то перераспределение светосумм в области 260-300К предполагает, что ионы Со²⁺ замещают катионы селективно. Известно [4], что ионы Cu²⁺ занимают катионные узлы решетки сульфата калия селективно. Ионы Cu²⁺ имеют на валентной оболочке 9 d-электронов, т.е. имеют незаполненную d-оболочку. Ионы кобальта также имеет незаполненную d -оболочку.

Таким образом, перераспределение светосумм в пиках ТСЛ при активации сульфата калия ионами кобальта связывается с дорадиационной дефектностью кристаллической решетки.

Литература:

1 Эткинс П., Саймонс М. Спектры ЭПР и строение неорганических радикалов. – М.: СССР, 1970. – 310 с.

2 Aiki K., Hukuda K. EPR study of g-irradiated K₂SO₄ // Phys. Soc. Jap. – 1969. – Vol. 26, № 4. – P.1066-1170.

3 Byberg J.L. O‾ detected by EPR as a primary electron-excess defect in x-irradiated K₂SO₄ // Chem. Phys. – 1967. – Vol. 84, № 11. – P. 6083-6085

4 Абдусабиров Р.Ю., Грязнов Ю.С., Зарипов М.М. Электронный парамагнитный резонанс ионов Cu²⁺ в K₂SO₄ // ФТТ. – 1970. – Т.12, №2. – С.657-659.