Радиационно-оптические и эмиссионные свойства широкозонных анионодефектных оксидов с пониженной симметрией

• Автор: Сюрдо, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 405 с. : ил.

Список основных обозначений и сокращений

1 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, МЕТОДИКИ ИХ СИНТЕЗА И ТЕРМООБРАБОТКИ

1.1 Анионодефектные кристаллы оксида алюминия (а-А1203)

1.1.1 Основные физические свойства кристаллов а-А1203 и подготовка образцов

1.1.2 Создание анионных дефектов при термохимической обработке аА1203

1.1.3 Особенности термохимического окрашивания кристаллов с примесями ТС и Сг

1.2 Кристаллы кубической двуокиси циркония

1.2.1 Синтез кристаллов и их физико-химические свойства

1.2.2 Анионодефектный оксид циркония

1.2.3 Спектрально-оптические свойства кристаллов Zr02-Y203-TR20з

1.3 Сложные кислородсодержащие керамики

1.3.1 Структура и условия синтеза керамик УВа2Си307_8 и ВеО-ТС02
1.3.2 Создание керамических образцов с анионной дефектностью
1.4 Выводы
2 ЭМИССИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ФОТОНОВ ИЗ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ С ДЕФИЦИТОМ КИСЛОРОДА
2.1 ТСЭ и ТЛ кристаллов оксида циркония
2.1.1 Экзоэмиссия и люминесценция анионодефектного фианита
2Л .2 Роль примесных центров в эмиссионных свойствах Хг02-У203-ТК203
2.2 Поверхностные явления и экзоэлектронная эмиссия УВа2Си307„8
2.2.1 Фототермостимулированная экзоэмиссия УВа2Си307.8 и ее связь со сверхпроводимостью
2.2.2 Влияние условий термообработки на экзоэмиссионные свойства ВТСП-керамики
2.2.3 Связь эмиссионной активности, нарушений стехиометрии и критических параметров ВТСП-керамики
2.3 Эмиссия электронов и фотонов из анионодефектной проводящей керамики ВеО-ТС02
2.4 Выводы
3 ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ (ТРИ)
В НОМИНАЛЬНО ЧИСТЫХ АНИОНОДЕФЕКТНЫХ КРИСТАЛЛАХ а-А1203
3.1 Радиолюминесценция кристаллов а-А1203_8 в нано-, микро- и миллисекундном временных интервалах
3.2 Особенности ТЛ анионодефектного оксида алюминия при линейном нагреве
3.2.1 Влияние скорости нагрева на выход ТЛ
3.2.2 Оценка кинетических параметров ТРП вблизи 440 К
3.2.3 Моделирование ТРП вблизи 440 К
3.3 Роль примеси хрома в ТРП вблизи 440 К
3.4 Выводы
4 РОЛЬ ПРИМЕСИ ТИТАНА В ТРП В КРИСТАЛЛАХ а-А1203 И а-А1203
4.1 Фото-, катодо- и термолюминесценция ионов титана Ti3+ и Т4+ в номинально чистых кристаллах а-А1203
4.2 Влияние циклических термообработок с быстрым и медленным охлаждением на ТЛ-свойства кристаллов а-А1203.§
4.3 Особенности релаксационных процессов в специально легированных кристаллах a-Al203:Ti
4.4 Выводы
5 МЕХАНИЗМЫ ТРП В КРИСТАЛЛАХ a-Al203.g ПРИ РЕНТГЕНОВСКОМ
И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ВОЗБУЖДЕНИИ
5.1 Термоактивационная спектроскопия (ТАС) кристаллов а-А1203.6 при рентгеновском и ультрафиолетовом возбуждении
5.1.1 ТАСприТ<300К
5.1.2 ТАС при Т> 300 К
5.1.3 Механизмы фотопереселения носителей и природа высокотемпературных пиков ТЛ и ТСЭ
5.1.4 Анализ зависимостей <Е>(Т) и причин аномального их поведения
5.2 Преобразование FoF+- центров и механизмы их возбуждения в ТРП вблизи 440 К
5.2.1 Термостимулированная конверсия F<->F+- центров
5.2.2 Анализ возможных механизмов возбуждения центров F-типа
5.2.3 Экситонный и рекомбинационные механизмы возбуждения F+- и F-центров в ТРП с одновременным высвобождения экзоэлектронов
5.3 Выводы
6 РАДИАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ШИРОКОЗОННЫХ ОКСИДАХ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ БЫСТРЫМИ ЧАСТИЦАМИ
6.1 Создание точечных дефектов в корунде при облучении быстрыми электронами
6.1.1 Генерация и накопление точечных дефектов в а-А1203 и a-Al203_g при облучении быстрыми электронами
6.1.2 Особенности дефектообразования в корунде с примесями Ti и Сг
6.1.3 Термостимулированные явления в электронно-облученном корунде
6.2 Радиационные повреждения корунда реакторными нейтронами и их проявление в рекомбинационных процессах
6.2.1 Особенности радиационного разупорядочения нейтронами кристаллической структуры корунда
6.2.2 Роль сложных решеточных дефектов, индуцированных нейтронным облучением, в термостимулированных процессах в а-А1203

6.3 Эмиссионные явления в облученных ионами оксидах алюминия и циркония
6.4 Закономерности и механизмы дефектообразования в а-А1203, электронная структура некоторых сложных центров
6.4.1 Закономерности генерации дефектов при облучении частицами
6.4.2 Колебательная структура оптических спектров а-А1203 и параметры электрон-фононного взаимодействия в сложных центрах
6.4.3 Собственные и примесные интерстициалы в катионной решетке а-АЬ03_5, их строение и роль в релаксационных процессах
6.5 Выводы
7 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ F+- И F-ЦЕНТРОВ В а-А1203
7.1 Р+-центр
7.1.1 Стационарные оптические спектры Р+-центров
7.1.2 Время-разрешенные спектры люминесценции 17+-центров
7.1.3 Оптические характеристики и параметры электрон-фононного взаимодействия в Р+-центре
7.1.4 Конфигурационная модель Р+-центра
7.2 F-центр
7.2.1 Стационарные оптические спектры F-центров
7.2.2 Время-разрешенные спектры люминесценции F-центров
7.2.3 Оптические характеристики, параметры электрон-фононного взаимодействия и модели F-центра
7.3 Выводы
8 ЭКСИТОННЫЕ И МЕЖЗОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ F+- И F-ЦЕНТРОВ В КРИСТАЛЛАХ а-А1203
8.1 Рентгено- и катодолюминесценция F+- и F-центров
8.1.1 Рентгенолюминесценция
8.1.2 Катодолюминесценция
8.1.3 Модели процессов возбуждения F+- и F-центров рентгеновским излучением и электронами
8.2 Связанные на F+- и F-центрах экситоны
8.2.1 Спектры отражения
8.2.2 Время-разрешенные спектры возбуждения люминесценции F+- и F-центров в диапазоне 4-40 эВ
8.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

30 К [90] и достигнутое в 1987 г. повышение критической температуры до 93 К у системы УВа2Си307_8 создали принципиальную возможность для широкого использования этих материалов в технике [91]. Однако проведенный рядом авторов [92] предварительный анализ показал, что переход на азотные рабочие температуры создает ряд серьезных проблем, обусловленных специфическими свойствами новых сверхпроводников и ростом интенсивности термических флуктуаций.
Наиболее изученной является система УВа2Сиз07_8 (1-2-3) с Тс « 90-98 К при дефиците кислорода 8, составляющем -0.2. Близкие свойства имеют и материалы, в которых иттрий заменен редкоземельными элементами иттриевой подгруппы, включая Ьа, Кс1, Бш, Ей, Ой, Но, Ег, Би [91].
Исследуемые образцы УВа2СизОб.8 с Тс=80-95 К синтезированы в Институте химии УрО РАН и представляли собой керамику - неупорядоченную систему мелких (1-10 мкм) кристаллитов, находящихся в слабом электрическом контакте друг с другом. Из-за малости таких контактов удельное сопротивление керамики р в нормальном состоянии значительно выше (от 500 до 10000 мкОм-см), чем удельное сопротивление р// самой монокристаллической фазы 1-2-3 при измерении параллельно плоскости аЬ (р//= 180 мкОм-см) [91].
При переходе кристаллитов в сверхпроводящее состояние их слабые контакты проявляют эффект Джозефсона. Этот факт объясняется тем, что тонкий поверхностный слой кристаллитов существенно отличается от фазы 1-2-3, не обладает собственной сверхпроводимостью. Следовательно, при температурах ниже Тс сверхпроводящая керамика представляет собой слабосвязанную джозефсоновскую среду, все электромагнитные свойства которой определяются не столько свойствами фазы 1-2-3, сколько свойствами ослабленных межкристаллитных связей, т.е. поверхностными свойствами микрокристаллов, из которых состоит керамика. Из-за таких свойств керамика считается малоперспективной в некоторых технических приложениях. В частности, ограничено ее применение в сильноточных сверхпроводящих системах и в части устройств криоэлектроники. Однако уже сейчас достигнуты значительные успехи в получении монокристаллов фазы 1-2-3 и 2-2-1-2 (В128г2СаСц208+5 ) как объемных, так и тонкопленочных [91].
На рис. 1.3.1 показана структура элементарной ячейки монокристалла УВа2Сиз07.8 и изменение удельного сопротивления в зависимости от температуры и от ориентации [91]. Видно, что электрические свойства кристалла УВа2Си307