Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных преобразователей, сенсоров и других применений»

Скачать 1.43 Mb.

Название	Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных преобразователей, сенсоров и других применений»
страница	4/26
Дата публикации	19.02.2015
Размер	1.43 Mb.
Тип	Отчет

100-bal.ru > Физика > Отчет

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 26

Исследование процессов взаимодействия элементарных возбуждений при интенсивном фемтосекундном возбуждении диэлектрических кристаллов в области фундаментального поглощения

Введение

Взаимодействие электронных возбуждений широко изучалось в полупроводниках для монокристаллов, квантовых ям и квантовых точек. В диэлектриках экситон-экситонное взаимодействие изучено хуже. В этих системах экситонный радиус намного меньше (экситоны являются экситонами френкелевского типа) и для обнаружения взаимодействия нужны очень высокие концентрации экситонов. В последнее время, однако, новые источники, в частности, лазеры на свободных электронах и плазменные рентгеновские лазеры, а также лазерные системы, в которых реализована генерация гармоник высокого порядка, расширили доступность ультракоротких и интенсивных лазерных импульсов в области вакуумного ультрафиолета. Это дало возможность создавать электронные возбуждения большой плотности в диэлектриках с широкой запрещенной зоной за времена короче длительности большинства процессов релаксации. Пространственно еи временное распределение интенсивности излучения в лазерном пучке дало возможность изучить высокие уровни возбуждения вещества в предельных но хорошо контролируемых экспериментальных условиях.

В настоящее время общепризнанным является то, что взаимодействие электронных возбуждений является основным фактором, ответственным за непропорциональный выход сцинтилляторов, что в свою очередь является одним из основных ограничений энергетического разрешения сцинтилляторов (см., например, [19,20]). До настоящего времени для исследования соответствующих явлений применяются высокоэнергетические фотоны и пучки частиц, что препятствует детальному пониманию взаимодействия возбуждений из-за разнообразия возникающих релаксационных процессов [20].

В данный отчет включены результаты экспериментальных и теоретических исследований элементарных процессов взаимодействия френкелевских экситонов, создаваемых в сцинтилляторе CdWO₄ с помощью коротких и интенсивных ВУФ импульсов, создаваемых в системе генерации высоких гармоник после прохождения импульса титан-сапфирового лазера в благородных газах. В результате предложен метод определения микроскопических параметров взаимодействия автолокализованных экситонов (АЛЭ) в широкозонных материалах в условиях неоднородного возбуждения. Показано, что кинетика затухания люминесценции является прямым и чувствительным индикатором экситон-экситонного взаимодействия при высоких уровнях возбуждения.

Исследуемая система

Вольфрамат кадмия широко используется в качестве сцинтилляционного материала в компьютерной томографии и промышленной дефектоскопии благодаря высокой радиационной стойкости и интенсивной собственной люминесценции при комнатной температуре [21]. Люминесценция имеет максимум в районе 500 нм и связывается с излучательным распадом автолокализованного молекулярного экситона френкелевского типа, локализованного на оксианионном комплексе [22]. Основная компонента затухания триплетного АЛЭ при комнатной температуре имеет время затухания 15 мкс [23], но при различных условиях возбуждения наблюдаются и более короткие компоненты затухания, со временами 1.1 [24], 2 [25], и 5 мкс [26]. Наблюдаемая разница в кинетиках затухания может быть объяснена различной плотностью электронных возбуждений, создаваемых рентгеновскими или гамма-квантами различных энергий, которые используются для изучения сцинтилляционного выхода. Таким образом, выбору вольфрамата кадмия в качестве объекта для данного исследования способствовал малый радиус автолокализованного экситона, длительное затухание люминесценции и экспериментальные свидетельства роли плотностных эффектов в этом веществе.

Экспериментальные результаты

Экспериментальные данные [27, 28] были получены с участием группы исполнителя на лазерной установке PLFA в Сакле, Франция. Эта установка позволяет генерировать ВУФ-импульсы и фокусировать их на образце с интенсивностями до 2x10¹⁰ Вт/см², что приводит к возникновению в образце электронно-дырочных пар с максимальной концентрацией

вплоть до 2.5x10²⁰ см^-3. Лазерная система на титан-сапфировом лазере с усилителями вырабатывает импульсы длительностью 35 фс на длине волны 800 нм с энергией в импульсе до 12 мДж при частоте повторения 1 кГц. В первой вакуумной камере пучок фокусируется в газовой ячейке с потоком ксенона при давлении от 3 до 4 мбар. Нелинейное взаимодействие интенсивного инфракрасного пучка с атомами ксенона приводит к генерации когерентного ВУФ излучения, состоящего из нечетных гармоник основной частоты, причем номера гармоник достигают значений 21-23. Лазерные импульсы длительностью 35 фс генерируют ВУФ импульсы с ожидаемой длительностью в 10-15 фс [30]. В следующих двух вакуумных камерах коллинеарные ВУФ и оставшийся инфракрасный пучки разделяются с помощью кварцевой пластинки и алюминиевой фольги толщиной 100 нм, и ВУФ пучок фокусируется на образце с помощью платинового зеркала. ВУФ-излучение состоит в основном из четырех гармоник с номерами от 15 до 21, то есть из фотонов с энергией от 23 до 32 эВ. Число ВУФ фотонов на импульс оценивается равным 5x10⁷ в соответствием в ожидаемой эффективностью преобразования, равной 10^-5 [31]. Падающий поток фотонов меняется на два порядка величины путем смещения образца вдоль оси пучка, за счет чего изменяется поперечный размер пучка, а не число ВУФ фотонов в импульсе. Спектры люминесценции регистрируются с помощью ПЗС камеры. Кинетика затухания на выбранной длине волны изучалась с помощью быстрого фотоумножителя методом разрешенного во времени однофотонного счета с разрешением в 100 пс.

Экспериментальные результаты ясно показывают на зависимость люминесцентных свойств CdWO₄ от плотности возбуждения (Рис. 1). Кривые затухания при высоких интенсивностях существенно отклоняются от экспоненциального закона. Затухание в на малых временах оказывается быстрым, после чего скорость затухания плавно уменьшается, и характерное мгновенное время затухания приближается к наблюдаемому при оптическом возбуждении значению в 15 мкс [23]. Наряду с боле быстрым затуханием при высоких плотностях возбуждения снижается интегральное свечение АЛЭ (см. вставку на Рис. 1), в то время как форма спектральной линии свечения остается неизменной. Это уменьшение стационарной люминесценции полностью коррелирует с изменением интеграла кривых затухания за первые 60 мкс (см. ниже, Рис. 3б). Эти данные указывают на существование безызлучательных процессов рекомбинации, эффективность которых зависит от плотности возбуждения и которые конкурируют с излычательными – люминесцентными – переходами.

Рисунок 2.1 – Нормированные кривые затухания люминесценции CdWO₄, зарегистрированные при возбуждении ВУФ фотонами с одинаковым числом фотонов в импульсе, но различной плотностью излучения (кружочки). Кривая (2) соответствует расположению образца в фокальной плоскости с наибольшей плотностью возбуждения (диаметр пятна 10 мкм), кривая (1) соответствует плотности в 64 раза меньшей (диаметр пятна 80 мкм). Сплошные линии показывают подгонку с использованием предложенной модели. На вставке показаны спектры люминесценции, зарегистрированные при наименьшей (кривая 1) и наибольшей (кривая 2) плотности возбуждения, а также спектр наведенного поглощения (кривая 3) [23].

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 26

Похожие:

	Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных...		Отчет о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных... Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского Отделения Российской академии наук
	Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... «Разработка новых методов индивидуальной коррекции сводно-радикального статуса при бактериальных инфекциях»		Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование отрасли... Директор Областного государственного бюджетного учреждения «Электронный Ульяновск»
	Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской...		Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005...
	Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,...		Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска...
	Отчет о научно-исследовательской работе исследование и разработка... Директор ресурсного центра информатизации образования (рцио), канд техн наук, доцент		Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48...
	Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование вопросов... «Исследование вопросов применения новых технологий обработки больших данных в сфере информатизации культуры»		Отчет по научно-исследовательской практике магистрантов и студентов за 2009-2010 гг Исследование регионального рынка розничных банковских услуг разработка рекомендаций по его регулированию
	Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка научно... «Институт законодательства и сравнительного правоведения при Правительстве Российской Федерации» (ИЗиСП)		Отчет о научно-исследовательской работе контракт №21/10 от «09» октября... Целью работы является исследование теоретических и практических особенностей существующих систем ротации в правоохранительных органах,...
	Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка моделей и образцов... «Разработка моделей бакалавра по специальности и магистра по специальности. Реализация моделей по группам специальностей»		Отчет о научно-исследовательской работе Развитие, исследование и внедрение средств высокопроизводительных вычислений на основе технологий Грид с поддержкой гетерогенных,...

Школьные материалы

Введение

Исследуемая система

Экспериментальные результаты

Похожие: