Коллоидные частицы и центры окраски в облученных нейтронами кристаллах лейкосапфира

• Автор: Чумак, Вера Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Содержание

Введение
Глава 1. Методика измерений и экспериментальные установки
1.1. Методы исследования поляризованной люминесценции
1.2. Метод поляризационных отношений
1.3. Экспериментальные образцы
1. 4. Экспериментальные установки
1. 5. Поляризационные измерения
Глава 2. Роль коллоидов в образовании и преобразовании
центров окраски в кристаллах а - А120}
2.1. Исследование структурных изменений в решетке 27 нейтронно-облученного лейкосапфира
2.2. Исследование термических процессов образования и 28 преобразования ЦО
2.3. Кинетика изотермических преобразований центров окраски
2.4. Определение энергии активации центров поглощающих в 32 ближней ИК—области спектра
2.5. Механизм образования и преобразования центров окраски в 32 монокристаллах а-А^О^
2.6,Основные выводы главы
Глава 3. Влияние распределения коллоидных частиц алюминия 38 на дихроизм бесструктурной полосы поглощения в монокристаллах а - А12О
3.1. Оптические свойства сред, содержащих малые частицы
3.2. Расчет поляризационного отношения Ак бесструктурной 43 полосы поглощения на основе теории Ми
3.3.1. Теоретическая оценка дихроизма

3.3.2. Учет распределения коллоидов по форме
3.3.3. Анализ нормального распределения частиц по форме 46 3.4. Температурные преобразования «пьедестала» в области 400- 48 800 нм
Ъ.Ъ.Основныерезультаты главы
Глава 4. Метод разделения полос в спектрах поглощения и 53 люминесценции одноосных кристаллов на основе поляризационных отношений
4.1. Задача разделен ия спектров 5
4.2. Разделение спектров поглощения
4.3. Разделение спектров люминесценции
4.4. Основные выводы главы 64 Глава 5. Структура и оптические свойства центра с полосами 65 люминесценции 530 и 615 нм.
5.1. Кристаллическая структура а-А1203
5.2. Структурные типы Fj - центров
5.3. Центры окраски, поглощающие в области 450 нм
5. 4. Исследование температурных преобразований спектров
поглощения в области 450 нм
5.5. Определение ориентации дипольного момента перехода 77 ЦО, люминесцирующего в области 615 нм
5.6. Разложение спектров люминесценции в области 500 - 700 нм
5.7. Обсуждение экспериментальных результатов
5.8. Основные выводы главы
Заключение
Литература
Введение

В настоящее время монокристаллы лейкосапфира а - АЬОз нашли широкое применение в электронике и лазерной технике. На основе монокристаллов лейкосапфира с центрами окраски (ЦО) был создан ряд лазерных сред с плавно перестраиваемой частотой генерации излучения [1-6].
Лейкосапфир отличается механической прочностью, высокой твердостью, теплопроводностью, химической и радиационной стойкостью, вследствие чего он широко используются как материал для лазерных сред и пассивных лазерных затворов [7-15]. Технология выращивания монокристаллов хорошо отработана. Обычно применяются кристаллы лейкосапфира с центрами окраски, создаваемыми при нейтронном облучении.
В последние годы интенсивно изучаются дозиметрические свойства анион-дефектных кристаллов а - А^Оз^ на их основе создан ряд термолюминесцентных детекторов, в которых основные дозиметрические пики связаны с полосами люминесценции Р+ и Р - центров [16-18]. В качестве фотолюминесцентных дозиметров широко используются, в частности, кристаллы а - А120з:С [19].
Применение лейкосапфира в указанных направлениях требует детального изучения характеристик ЦО, формирующихся при радиационных воздействиях.
Структура кристаллической решетки определяет структуру и симметрию возможных центров окраски в данном кристалле. Особенностью структуры кристаллов а - АЬОз является большое разнообразие возможных структурных типов центров окраски [20]. Так, если в щелочно-галоидных кристаллах возможен один тип Р - центра, один тип ¥2 — центра и один тип Рз

дислокаций, была предложена Пелсом [21]. Возможный механизм образования ЦО, предлагаемый в данной работе, основан на этой модели. Регулярная решетка лейкосапфира ( Рис . 5) показана в виде чередования слоев О2" (А, В) и А1 (а,Ь,с), оптическая ось кристалла перпендикулярна слоям. При отжиге коллоидной частицы происходит диффузия кислорода из соседних слоев (А, В) решетки и частичное восстановление решетки. Эта “короткая” [21] диффузия имеет место в локальной области на границе двух фаз, поэтому ее энергия активации меньше, чем энергия активации обычной диффузии в бездефектном кристалле, и составляет по оценкам [21] 0,55 эВ, что соответствует температурам 300-500°С, при которых идет преобразование коллоидных частиц в дислокационные петли.
На II, III стадиях отжига (см. фрагменты II и III на рис. 5) происходит образование Р - агрегатных центров и, возможно, центров, связанных с межузельным алюминием. Поскольку “атмосфера” межузельного кислорода не скомпенсирована количеством алюминия в коллоидной частице (фрагмент I на рис. 5), то при отжиге неизбежно образуются Р и Р - агрегатные центры, так как кислорода из области “короткой” диффузии не хватает для построения бездефектных слоев. При дальнейшем отжиге завершается формирование дислокационной петли (фрагмент IV на рис. 5) .
Из предложенного выше механизма образования ЦО следует, что центры окраски образуются не однородно по объему кристалла, а локализовано в окрестностях дислокационных петель. Действительно, есть ряд косвенных данных о неоднородном распределении ЦО в объеме облученного нейтронами кристалла а - АЬОз. Например, известно, что при высокодозном облучении нейтронами а - АЬОз происходит подавление фото - и рентгенолюминесценции И - центров при 415 нм. Ряд авторов [54, 67] считает, что этот эффект обусловлен концентрационным тушением люминесценции вследствие неоднородного распределения дефектов в объеме