Физика /2. Физика твердого тела

к.ф.-м.н. Балтабеков А.С., д.ф.-м.н. Ким Л.М., д.ф.-м.н.Кукетаев Т.А.,

к.ф.-м.н. Тагаева Б.С., Имангалиева Н.Н..

Карагандинский государственный университет им. Е. А. Букетова, Казахстан

Природа высокотемпературного пика рекомбинационной люминесценции в кристаллах галоидов аммония

Аммонийно-галоидные кристаллы (АГК) по типу строения кристаллической решетки и химической связи являются ближайшими аналогами галоидам щелочных металлов. Однако наличие сложного катиона приводит к значительным различиям в радиационно-стимулированных процессах. Резонансными методами и метолами оптической спектроскопии в АГК установлены следующие радиационные дефекты: NH₃X, V_k-центры, N₂H₄⁺ [1-5] (Х – атом галоида). На кривой термостимулированной люминесценции (ТСЛ) после облучения образцов рентгеновскими квантами в галоидах аммония наблюдаются пики рекомбинационной люминесценции с максимумами при 110К, 180К и 260-280К [6]. Пик свечения в области 110К связан с термической активацией миграции автолокализованных дырок (V_k-центров), в области 190К - с распадом дефектов NH₃X [1,6]. Природа высокотемпературного пика оставалась неустановленной.

Цель данной работы – установить с распадом какого радиационного дефекта связан пик свечения в области 260-280К.

Исследование свойств и характеристик пика рекомбинационного свечения в области 260-280К затруднено, так как в этом температурном диапазоне начинается возгонка галоидов аммония. Поэтому решение поставленной задачи было достигнуто другим способом.

На рисунке 1 приведена типичная кривая ТСЛ для бромида аммония. Видно, что после нагревания облученного образца до 250К и повторного облучения рентгеновскими квантами при 80К пик свечения при 180К искажается. Его высокотемпературное крыло становится более затянутым по температуре. Известно, что подобное искажение данного пика рекомбинационной люминесценции наблюдается при введение в кристаллическую решетку АГК любых катионных примесных ионов [7]. Это связано с тем, что примесные ионы повышают термическую стабильность дефектов NH₃X. Данное явление было показано прямыми измерениями температурной зависимости оптической плотности в полосе поглощения этих радиационных дефектов [8]. Распад дефектов NH₃X запускается переориентацией ионов NH₃⁺ [4, 8]. Наличие примесного иона в соседней ячейке препятствует возбуждению этой моды колебания.

Таким образом, «память» АГК о предыдущем облучении связано с тем, что при нагревании мы не отожгли какие-то дефекты в катионной подрешетке. Из всех известных дефектов в АГК в температурной области выше 250К таковыми являются гидразиноподобные ионы – N₂H₄⁺ или NH₃⁰.

Дефекты NH₃⁰ возникают при диссоциативном захвате катионами электронов или при безызлучательном распаде экситонов [9, 10]. Облучение АГК в экситонной полосе поглощения позволяет селективно создавать дефекты. При таком возбуждении не возникают ионы NH₃⁺, которые затем частично преобразуются в ионы гидразина [10]. При возбуждении бромида аммония в экситонной полосе поглощения на кривой ТСЛ имеется только пик свечения, связанный с термической активацией миграции V_k-центров. Других пиков рекомбинационного свечения нет.

Необходимо отметить, что изотермический отжиг облученных бромидов аммония при 270К приводит к исчезновению явления памяти кристалла о предыдущем облучении. Следовательно, пик рекомбинационного свечения в области 260-280К связан с распадом ионов N₂H₄⁺.

Литература:

1. Vannoti L., Zeller H.R., Bachmann K., Kanzig W. Farbzentren in Ammonium Halogeniden // Phys.Kondens.Materie. - 1967. - Bd.6, №1. – S. 51-94.

2 Patten F., Marrone M.J. V_k Center in NH₄Cl and NH₄Br Single Crystals // Phys.Rev.- 1966. - Vol.142, №2. - P.513-516.

3 Patten F.W. New Defect Center in Ammonium Halides: Motional Effects // Phys. Lett. - 1966. - Vol. 21, №.3. - P. 227-228.

4 Patten F.W. Paramagnetic NH₃Cl and NH₃Br Color Centers in irradiated Ammonium Halides Single Crystals // Phys.Rev. - 1968. - Vol.175, №.3. - P. 1216-1227.

5 Marquardt C.L. Hydrazinelike Defect in irradiated Ammonium Halides. I. Production and Characterization // J. Chem. Phys. - 1970. - Vol.53, №8. - P. 3248-3256.

6 Пак О.Д. Спектрально-люминесцентные свойства двухвалентного иттербия и особенности рекомбинационных процессов в кристаллах галоидов аммония: Автореф. дис. канд. - Иркутск, 1987. - 20с.

7 Ким Л.М., Кукетаев Т.А., Мухамедрахимов К.У. Особенности распада радиационно-наведенных дефектов в активированных галоидах аммония//ФТТ, 1995. - Т.37, в.8. - С.2525-2526.

8 Мусенова Э.К. Структурные фазовые переходы и рекомбинационная люминесценция в кристаллах галоидов аммония и LiKSO₄: Автореф. дис. канд. – Астана, 2011.- 16 с.

9 Бактыбеков К.С., Кукетаев Т.А., Ким Л.М. Диссоциативно-рекомбинационные механизмы образования дефектов в аммонийно-галоидных кристаллах //Тезисы докладов I республиканской конференции по физика твердого тела и новые области ее применения. - Караганда, 1986. - С.195.

10 Бактыбеков К.С., Ким Л.М., Кукетаев Т.А., Пак О.Д., Юров В.М. Особенности распада экситонов на структурные дефекты в кристаллах галоидов аммония // ФТТ, 1989. - Т.31, в.6. - С. 256-258.