Оптические исследования нано-и микроструктурированных диэлектриков, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов
Диссертация
Спектроскопия примесных ионов позволяет определять структуру и симметрию примесных центров, причем большую роль в решении этих задач играет спектроскопия во внешних полях (электрическом, магнитном, деформационном). Наибольшее значение в таких исследованиях имеет спектроскопия чисто электронных (бесфононных) линий. Спектры примесных ионов позволяют судить о силе действующего на ионы… Читать ещё >
Содержание
- Введение
- 1. 1. Спектроскопия примесных ионов редкоземельных и переходных металлов в диэлектрических кристаллах
- 1. 2. Спектроскопические особенности пространственно-ограниченных диэлектриков
- 1. 3. Структура диссертации по главам
- 2. Экспериментальная методика оптических исследований
- 2. 1. Возбуждение фотолюминесценции образцов
- 2. 2. Регистрация спектров
- 2. 2. 1. Регистрация спектров в оптическом диапазоне
- 2. 2. 2. Регистрация люминесценции с временным разрешением
- 2. 2. 3. Регистрация спектров в ближней инфракрасной области
- 2. 3. Использованные крио- и термостаты
- 3. Спектроскопические исследования ионов переходных и редкоземельных металлов в нанокристаллических материалах, полученных по золь-гель технологии, и при структурных превращениях АЬОз
- 3. 1. Введение
- 3. 2. Изготовление нанокристаллических оксидов методом золь-гель технологии
- 3. 3. Спектры люминесценция примесных ионов в высокопористом макро-монолитном нанокристаллическом у-АЬОз
- 3. 3. 1. Ионы Сг3+ в у-А
- 3. 3. 2. Ионы Еи3+ в у-А
- 3. 3. 3. Ионы Ег3+ в г-АЬО)
- 3. 4. Исследование спектров люминесценции примесных ионов при структурных превращениях у-«8-"0→а оксида алюминия
- 3. 4. 1. Люминесценция ионов и Мп4+
- 3. 4. 2. Люминесценция иона Ей
- 3. 5. Выводы
- 4. Спектроскопия редкоземельных ионов в корунде а-А
- 4. 1. Введение
- 4. 2. Ионы Еи3+ в корунде а-АЬОз
- 4. 2. 1. Спектры люминесценции
- 4. 2. 2. Выжигание спектральных провалов и сверхтонкая структура линий люминесценции
- 4. 3. Спектры люминесценции ионов Ег3+ в корунде а-АЬОз
- 4. 4. Спектры люминесценции ионов Рг3+ в корунде а-АЬОз
- 4. 5. Выводы
- 5. Люминесценция примесных ионов Сг3+ в нанокристаллах и кластерах 1л2Се7С>15 и процессы кристаллизации в литиево-германатных стеклах
- 5. 1. Введение
- 5. 2. Синтез и характеризация образцов ГЛгСМЗеОг
- 5. 3. Спектры люминесценции Сг3+ и процессы кристаллизации в литиево-германатных стеклах
- 5. 4. Спектроскопическое проявление фазового перехода в нанокристаллах 1X
- 5. 5. Выводы
- 6. Динамические процессы в возбужденном состоянии примесных диэлектриков, полученных при помощи золь-гель технологии
- 6. 1. Введение
- 6. 2. Оптические исследования динамики терагерцовых фононов в мелкозернистом поликристаллическом корунде а-АЬОз
- 6. 2. 1. Оптическое детектирование фононов и динамика неравновесных фононов в пространственно-ограниченном корунде
- 6. 2. 2. Характеризация образцов и постановка эксперимента
- 6. 2. 3. Экспериментальные результаты и их интерпретация
- 6. 3. Сужение линий флуоресценции и однородная ширина спектральных линий ионов Еи3+ в оксидах алюминия (у-АЬОз и корунде а-А120з)
- 6. 3. 1. Однородное уширение в спектрах примесных редкоземельных ионов
- 6. 3. 2. Экспериментальные результаты
- 6. 4. Процессы переноса заряда и выжигание спектральных провалов в спектрах иона Мп4+ в корунде а-АЬОз
- 6. 4. 1. Обесцвечивание линий люминесценции ионов Мп4+
- 6. 4. 2. Выжигание спектральных провалов в линиях люминесценции ионов Мп4+ в сс-А120з.ИЗ
- 6. 5. Влияние окружения на радиационное время жизни примесных ионов Сг3* в нанокристаллическом оксиде магния
- 6. 5. 1. Влияние окружающей нанокристалл среды на спектрально-люминесцентные свойства примесных ионов
- 6. 5. 2. Спектроскопические свойства окиси магния с примесью хрома (MgO:Cr>*)
- 6. 5. 3. Изменение времени жизни 2Е состояния в нанокристаллах
- 6. 6. Выводы
Список литературы
- AltnerS.B., ZumofenG., WildU.P., MitsunagaM., Photon-echo attenuation in rare-earth-ion-doped crystals 1. Phys. Rev. В 54,24,17 493−17 507 (1996).
- Aono K., Iwaki M., Ion beam-induced luminescence of Eu-implanted AI2O3 and CaF2 II Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. В 141,1−4, 518−522 (1998).
- Babbit W.R., Lezama A., Mossberg T.W., Optical dephasing, hyperjine structure, and hyperfine relaxation associated with the 580.8-nm 7Fo-5Do transition of europium in Eu3+:Y203 //Phys. Rev. В 39, 4,1987−1992 (1989).
- Basun S.A., Deren P., Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Strek W., Optical Detection of Terahertz Phonon Dynamics in Disordered Doped Insulator Systems Using New FLN-Based Technique II J. Lumin. 45,1−6, 115−119 (1990).
- Basun S.A., Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Bykov A.B., Sevastyanov B.K., Sharonov M.Yu., Dynamical Electron and Phonon Processes in the Excited State of LGO: Cr*+ Crystals II J. Lumin. 53,24−27 (1992).
- Bergin F.J., Donegan J.F., Glynn T.J., Imbush G.F., The optical spectroscopy of chromium in ED-2 silicate glass II J.Lumin. 34, 6, 307−321 (1986).
- Bhargava R.N., Doped nanocrystalline materials — Physics and applications II J. Lumin, 70,1−6, 85−94 (1996).
- Bhargava R.N., Gallagher D., Optical properties of manganese-doped nanocrystals of ZnSII Phys. Rev. Lett. 72, 3,416−419 (1994).
- Bialas’H., Stolz. HJ., Lattice dynamics of sapphire (corundum) I IZ. Physik B 21, 319 324 (1975).
- BihariB., EilersH., Tissue B.M., Spectra and dynamics of monoclinic EU2O3 and Eu3*:Y203 nanocrystals II J. Lumin. 75,1,1−10 (1997).
- Bol A.A., MeijerinkA., Doped semiconductor nanoparticles — a new class of luminescent materials? II J. Lumin. 87/89, 315−318 (2000).
- BronW.E., Grill W., Phonon spectroscopy II Phys. Rev. B 16, 12, 53 035 320 (1977).
- Buijs M., Meyerink A., Blasse G., Energy transfer between Eu3+ ions in a lattice with two different crystallographic sites: YzOy. Ei?*, GdjOj. Eu3* and EU2O3 II J. Lumin. 37, 1,9−20(1987).
- Can N. Townsend P.D., Hole D.E., Snelling H.V., Ballesteros J.M., Alfonso C.N., Enhancement of luminescence by pulse laser annealing of ion-implanted europium in sapphire and silica II J. Appl. Phys. 78,11, 6737−6744 (1995).
- Christensen H.P., GabbeD.R., ' JenssenH.P., Fluorescence lifetimes for neodymium-doped yttrium aluminum garret and yttrium oxide powders II Phys. Rev. В 25,3, 1467−1473 (1982).
- Dejneka M.J., Transparent oxyfluoride glass ceramics II MRS Bulletin 23, 57−62 (1998) — Dejneka M.J., The luminescence and structure of novel transparent oxyfluoride glass ceramics // J. Non-Cryst. Sol. 239,149−155 (1998).
- Dumas J., Serughetti J., Rousset J.L., BoukenterA., Champagnon В., Duval E., Quinson J.F., Gel to glass transformation of silica II J. Non-Cryst. Solids. 121, 1−3, 128−131 (1990).
- Duval E., Boukenter A., Champagnon В., Vibration Eigenmodes and Size of Microcrystallites in Glass: Observation by Very-Low-Frequency Raman Scattering II Phys. Rev. Lett. 56,19, 2052−2055 (1986).
- Eilers H., Tissue B.M., Synthesis of nanophase ZnO, ЕщОз, and ZrC>2 by gas-phase condensation with cw-COz laser heating II Mater. Lett. 24, 261−265 (1995).
- Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A. and Zakharchenya R.I., Luminescence and laser spectroscopy of highly porous gamma AI2O3 doped with 3d and 4f ions. Effects of phonon confinement II J. Lumin. 72−74,41−42 (1997).
- Feofilov S.P., Kaplyanskii A.A., Zakcharchenya R.I., Sun Y., Jang K.W. and Meltzer R.S., Spectral Hole-Burning in Eu3+ Doped Highly Porous y-Aluminum Oxide II Phys. Rev. B 54,6, (1996) 3690−3693.
- Geschwind S., Kisliuk P., Klein M.P., Remeika J.P. and Wood D.L., Sharp-Line Fluorescence, Electron Paramagnetic Resonance, and Thermoluminescence of Mn4+ in a-AhOj II Physical Review 126, 5, pp. 1684−1686 (1962).
- Geschwind S., Remeika J.P., Paramagnetic Resonance ofGdJ+ in AI2O3 II Phys. Rev. 122,3,757−761 (1961).
- Graebner J.E. and Golding B., Phonon localization in aggregates II Phys. Rev. B 34, 8, 5788−5790 (1986).
- Henderson B., Imbusch G.F., Optical Spectroscopy of Inorganic Solids II (Clarendon Press, Oxford, 1989) p. 173.
- Henry M.O., Larkin J.P., Imbusch G.F., Nature of the broadband luminescence center in MgO: Cr>+ II Phys. Rev. B 13, 5, 1893−1902 (1976).
- Hirai Y., Fukuda T., Kobayashi Y., Kuwahara H., Kido Y., Kubota K., Optical study of Cr doped AI2O3 ultrafine particles synthesized by metal-alkoxide method II Sol. State Commun. 62,9,637−640 (1987).
- Huber D.L., Optical dephasing in glasses II Materials Science Forum 50, 77−92 (1989).
- Huber D.L., Reassesment of the Raman mechanism for homogeneous linewidths in glasses II J. Non-Cryst. Solids 51,241−244 (1982).
- Imbusch G.F., YenW.M., Schawlow A.L., McCumber D.E., SturgeM.D., Temperature Dependence of the Width and Position of the 2E—>4A2 Fluorescence Lines ofCt*+ and V2+ in MgOII Phys. Rev. 133,4A, A1029-A1034 (1964).
- Ishikawa K., Yoshikawa K., Okada N., Size effect on the ferroelectric phase transition in PbTi03 ultrafineparticles II Phys. Rev. B 37,10, 5852−5855 (1988).
- Iwata Y., Shibuya I., Wada M., Sawada A., Ishibashi Y., Newtron diffraction study of structural phase transition in ferroelectric LI2Ge70i? II J. Phys. Soc. Jpn. 56, 7, 2420−2427 (1987).
- Jang K.W. and Meltzer R.S., Homogeneous and inhomogeneous linewidths of Eu3+ in disordered crystalline systems II Phys. Rev. B 52,9,6431—6439 (1995).
- Lamb H., On the vibrations of an elastic sphere I I Proc. Math. Soc. London. 13, 189— 212(1882).
- Larkin J.P., Imbusch G.F., Dravnieks F., Optical Absorption in MgO: Cr*+ II Phys. Rev. B 7,1,495−500(1973).
- Lipkin D.M., Schaffer H., Adar F., Clarke D.R., Lateral growth kinetics of a-alumina accompanying the formation of a protective scale on (111) NiAl during oxidation at 1100°CU Appl. Phys. Lett. 70, 19,2550−2552 (1997).
- Loudjani M.K., Haut C., Parisot S., Influence of yttrium and of the oxygen pressure on a alumina microstructure. Relation with mechanical properties // Radiation Effects and Defects in Solids 134,11, 233−237 (1995).
- Lyo S.K., Anomalous optical homogeneous linewidths in glasses II Phys. Rev. Lett.,, 48,10,688−691 (1982).
- Malinovsky V.K., Novikov V.N., Sokolov A.P., Dodonov V.G., Low-frequency raman scattering on surface vibrational modes of microcrystals II Sol. State. Commun. 67, 7, 725−729(1988).
- Marotta A., Pernice P., Aronne A., Catauro M., The non-isothermal devitrification of lithium germanate glasses II J. of Thermal Analysis 40,181−188 (1993).
- Meltzer R.S., Feofilov S.P., Tissue B., Yuan H.B., Dependence of fluorescence lifetimes of Y20s-'Eu3+ nanoparticles on surrounding medium II Phys. Rev. B 60, 20, R14012-R14015 (1999).
- Molenkamp L.W., Wiersma D.A., Optical dephasing in organic amorphous systems. A photon echo and hole-burning study of pentacene in polymethylmetacrylate II J. Chem. Phys., 83, 1, 1−9(1985).
- Nonequilibrium Phonons in Nonmetallic Crystals II ed. Eisenmeriger W., Kaplyanskii A.A. (Modern Problems in Condensed Matter Sciences 16) North Holland, Amsterdam, 1986.
- Optical Linewidths in Glasses II Special issue of J. Lumin., 36,4&5, (1987).
- Powell R.C., Energy Transfer between Chromium Ions in Nonequivalent Sites in Li2Ge70is II Phys. Rev. 173,2, 358−366 (1968).
- Powell R.C., Temperature dependence of the widths and positions of the R lines in Li2Ge70iS: Cr3+ //J. Appl. Phys. 39,10,4517−4521 (1968).
- Renk K.F. and Deisenhofer J., Imprisonment of resonant phonons observed with a new technique for the detection of 10'2 Hz phonons II Phys. Rev. Lett. 26, 13, 764−766 (1971).
- Rossi F., Pucker G., Montagna M., Ferrari M., Boukenter A., Fluorescence line narrowing study of Cr*+ ions in cordierite glass nucleating MgAliO4 nanocrystals II Opt. Mater. 13, 373−379 (2000).
- Sangster M.J.L., Calculation of the Phonon Sideband of the R Line in MgO: Cr3+ II Phys. Rev. B 6,1,254−258 (1972).
- Schawlow A.L., Fine-line spectra of chromium ions in crystals II J. Appl. Phys. Suppl. 33,395 (1962).
- Schmidt Th., Macfarlane R.M., Volker S., Persistent and transient spectral hole burning in to* and Eu3*-doped silicate glaasses II Phys. Rev. B 50, 21, 15 707— 15 718,(1994).
- Verdozzi C., Jennison D.R., SchultzP.A., Sears M.P., Barbour J.C., Potter B.G., Unusual Structural Relaxation for Rare-Earth Impurities in Sapphire: Ab Initio Study of Lanthanum//Phys. Rev. Lett. 80,25, 5615−5618 (1998).
- WadaM., IshibashiY., Ferroelectric phase transition in Li2Ge70i5 // J. Phys. Soc. Jpn.52, 1, 193−199 (1983).
- Wang X., Wang Z., Zhao M., Meng J., Li J., Zou G., Size effect on the Raman spectra and phase transition in PbZro.2Tio.sO3 nanocrystalline powders II J. Alloys and Compounds 224, 1, 130−134 (1995).
- Williams D.K., Bihari B., Tissue B.M., McHale J.M., Preparation and Fluorescence Spectroscopy of Bulk Monoclinic Ex/*lYjOi and Comparison to Eu3+:Y203 Nanocrystals II J. Phys. Chem. B 102, 6,916−920 (1998).
- Woignier T., Sauvajol J.L., Pelous J., Vacher R.J., Aerogel to glass transformation studied by low frequency Raman scattering II J. Non-Cryst. Solids. 121, 1−3, 206−210 (1990).
- Yoldas B.E., Hydrolysis of Alumina Alkoxide and Bayerite II Amer. Ceram. Soc. Bull. 54,3,286−289 (1975).
- Yoldas B.E., A Transparent Porous Alumina II J. Appl. Chem. Biotech. 23, 1, 803−809 (1973).
- Zakharchenya R.I., Influence of Peptization on the Properties of Alumina Produced from Boehmite Sols II J. Sol-Gel Sci. Technol. 6, 179−186 (1995).
- Zakharchenya R.I., Vasilevskaya T.N., Influence of Hydrolysis Temperature on the Hydrolysis Products of Aluminium Alkoxides II J. Mater. Sei., 29,2806−2812 (1994).
- Zhou R.-S., Snyder R.L., Structures and transformation mechanisms of the rj, у and 9 transition aluminas II Acta Cryst. B47, 617−630 (1991).
- Басун С.А., Дерень П., Каплянский A.A., Стреныс В., Феофилов С. П., Сужение линий флуоресценции и оптическое детектирование неравновесных терагерцовых акустических фононов в разупорядоченных кристаллах MgAl3Q4:09+ IIФТТ 31,3,199−202 (1989).
- Басун С.А., Каплянский A.A., Феофилов С. П., Диполъные центры в кристаллах LiiGejOis, активированных (3d)3-ионами: микроструктура и спектроскопические эффекты внутреннего и внешнего электрического поля II ФТТ 36, 11, 3429−3449 (1994).
- Басун С.А., Каплянский A.A., Феофилов С. П., Псевдоштарковское расщепление в спектрах кристаллов LijGeyOi^.Cr^, индуцированное сегнетоэлектрическим фазовым переходом II ФТТ 34,11, 3377−3386 (1992).
- Бокий Г. Б., Введение в кристаллохимию II изд. МГУ, 181−182,409,1954.
- Василевская Т.Н., Захарченя Р. И., Изучение структуры прозрачного пористого оксида алюминия методом рентгеновского малоуглового рассеяния II Неорганические материалы 31, 6, 754−757 (1995).
- Василевская Т.Н., Захарченя Р. И., Структура нанокристаллической у-модификации оксида алюминия, легированной катионами хрома (у-А^Оз.'Сг), по данным рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами // ФТТ, 38, 10, 3129−3143 (1996).
- Гутфельд Р. Распространение тепловых импульсов И Физическая акустика / Ред. У. Мэзон. М.:Мир, 1973, т.5. с.267−329.
- Захарченя Р.И., Мешковский И. К., Каплан Ф. С., Исследование условий формирования монолитного прозрачного пористого оксида алюминия по золь-гель методу И ДАН, 314,2,393−400 (1989).
- Кудзин А.Ю., Волнянский М. Д., Бусоул И. А., Особенности фазового перехода в кристаллах слабого сегнетоэлектрика LhGejOa IIФТТ 39, 10, 1841−1843 (1997).
- Кудзин А.Ю., Волнянский М. Д., Трубицын М. П., Бусоул И. А., Диэлектрическая релаксация в кристаллах слабого сегнетоэлектрика Li2Ge70i5 в районе сегнетоэлектрического фазового перехода И ФТТ 40,12,2198−2201 (1998).
- Кудзин А.Ю., Волнянский М. Д., Трубицын М. П., Бусоул И. А., Особенности аномального поведения диэлектрической проницаемости кристаллов Li2Ge70js при фазовом переходе И ФТТ 40,9,1698−1700 (1998).
- Свиридов Т.Д., Свиридова Р. К., Смирнов Ю. Ф., Оптические спектры ионов переходных металлов в кристаллах И Москва, «Наука», 1976.
- Трубицын М.П., Волнянский М. Д., Бусоул И. А., Изучение методом ЭПРсегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах Li2Ge70is:Cr^+ II ФТТ, 40,6,1102−1104(1998).
- Трубицын М.П., Волнянский М. Д., Кудзин А. Ю., Кузьменко Т. П., Изучение методом ЭПР локальных флуктуаций вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода в кристаллах Li2Ge70i5 :Мп2+ И ФТТ 40,1, 111−113 (1998).
- Трубицын М.П., Критическое поведение локального параметра порядка в кристаллах Li2Ge70JS :Мп2+ II ФТТ 40,1,114−115 (1998).
- Феофилов С.П., Каплянский A.A., Мельников М. Б., Распространение неравновесных терагерцовых акустических фононов в плотной кристаллической керамике на основе а-А1203 Н ФТТ 38, 5, 1434−1445 (1996) — Feofilov S.P.,