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

Модель диполь-дипольного самовоздействия при неоднородном распределении возбуждений Для проведения количественного анализа зависимостей выхода люминесценции и кинетик затухания от плотности возбуждения используются гипотезы, предложенные в отчете по первому этапу настоящей работы [28]. Релаксация электронных возбуждений, создаваемых ВУФ фотонами, в CdWO4 быстро завершается образованием автолокализованных экситонов. Если плотность экситонов достаточно высока, диполь-дипольное возбуждение приводит к процессу Оже следующего типа: АЛЭ + АЛЭ → АЛЭ*. Другими словами, один автолокализованный экситон рекомбинирует, испуская продольный виртуальный фотон, а второй после поглощения этого виртуального фотона переходит в возбужденное состояние и автоионизуется, образую электронно-дырочную пару. Скорость такого процесса может быть записана с помощью теории диполь-дипольного переноса энергии: , (1) где – время радиационной гибели АЛЭ, Rd–d – радиус диполь-дипольного переноса, который может быть выражен через интеграл перекрытия форм линий для спектра свечения и коэффициента поглощения [32]. Полосы поглощения и свечения АЛЭ в CdWO4 почти полностью перекрываются [23] (см. вставку на Рис. 1), что приводит к максимизации радиуса диполь-дипольного переноса. Модели, описывающие эволюцию во времени концентрации центров свечения, описываются обычно для случая однородной плотности возбуждения и постоянной концентрации акцепторов энергии [30]. В нашем случае концентрации доноров и акцепторов (в обоих случаях это АЛЭ)зависят от времени, причем их начальные распределения на являются однородными. Это приводит к достаточно сложному закону затухания, и необходимо воспользоваться более общим формализмом. Уравнение для изменения концентрации АЛЭ должно учитывать их аннигиляцию за счет диполь-дипольного взаимодействия по модели Фёрстера (см., напр., [32-34]). В простейшей форме уравнение для концентраций может быть записано в виде: , (2) где скорость бимолекулярной реакции зависит от времени. Если возбуждения в начальном состоянии нескоррелированы, и диффузией экситонов можно пренебречь, скорость бимолекулярной реакции зависит обратно пропорционально квадратному корню от времени: (3) и не зависит от начальной концентрации, при этом зависимость от r пропадает. Такое приближение справедливо, если Rd–d больше чем радиус экситона и больше длины диффузии за время , и при низкой начальной концентрации (не более двух АЛЭ в сфере радиуса Rd–d). Уравнение (2) можно легко решить: , (4) где erf(x) – функция ошибок. Для лазерного пучка с гауссовым распределением интенсивности поперек пучка начальные концентрации возбуждений равны , где a – радиус пятна света на поверхности кристалла,  - двумерная координата в плоскости поверхности, ось z направлена вглубь кристалла,  - коэффициент поглощения, I0 – полное число фотонов в импульсе, а σ – среднее число АЛЭ, создаваемых одним ВУФ-фотоном. Из спектра возбуждения [35] σ может быть оценено равным от 2 до 3 для фотонов в диапазоне энергий от 23 до 31 эВ. Пик плотности АЛЭ равен . Чтобы вычислить интенсивность свечения, необходимо проинтегрировать уравнение (4) по пространственной координате , что дает , (5) где - дилогарифмическая функция. Анализ этой формулы дает, что форма кривой затухания зависит только от безразмерного параметра взаимодействия , который пропорционален числу экситонов в центра пятна в сфере, радиус которой равен радиусу диполь-дипольного взаимодействия. Для малых аргументов дилогарифмической функции последняя дробь в уравнении (4) равна и демонстрирует корневую зависимость в начальной стадии затухания (). На больших временах () затухание становится одноэкспоненциальным с радиационным временем . Кривые затухания, вычисленные по формуле (5) при подгонке только одного подгоночного параметра W показаны на Рис. 1 для наибольшей и наименьшей концентраций. Соответствующие значения W приведены на Рис. 2. Рисунок 2.2 – Значения параметра взаимодействия W (заполненные кружочки), полученные из подгонки экспериментальных кривых затухания с помошью уравнения (4). На вставке показана максимальная плотность экситонов в центре пятна (незаполненные кружочки), подгонка этой кривой по формуле Лоренца (сплошная кривая) и скорректированное значение параметра взаимодействия (заполненные кружочки). Рисунок 2.3 – (а) Радиус диполь-дипольного переноса энергии Rd-d , рассчитанный из измеренной плотности экситонов и скорректированного параметра взаимодействия из Рис. 2.2 (б) Коэффициент тушения люминесценции в зависимости от положения образца относительно фокальной плоскости: интеграл от кинетик затухания за первые 60 мкс (заполненные кружочки) и полный выход люминесценции, измеренный интегрированием спектров по энергии (незаполненные кружочки). Сплошная линия представляет собой рассчитанный по уравнению (4) коэффициент тушения , вычисленный с использованием лоренцевой подгонки плотности экситонов, изображенной на вставке на рис. 2. Можно видеть, что даже для низких плотностей возбуждения параметр взаимодействия не равен нулю. Действительно, кривые затухания, измеренные вдали от точки фокуса (когда размер пятна света много больше размера сфокусированного пятна) на коротких временах демонстрируют неэкспоненциальное поведение. Такой эффект можно связать с ударной ионизацией (см., напр., [36]), когда первичный электрон быстро релаксирует за счет неупругого рассеяния, при котором создаются первичные и вторичные электронно-дырочные пары, а затем и экситоны, находящиеся на расстояниях меньше или сравнимых с радиусом Rd-d. Доля параметра взаимодействия, связанного с такой ударной ионизацией, для фиксированной энергии фотона должна быть постоянной, и в наших условиях может быть оценена как W0 = 0.6. Скорректированные значения W' = W–W0 показаны на вставке на Рис. 2. Из этой кривой можно вычислить параметр Rd-d , поскольку максимальная плотность в центре пятна может быть определена из наших измерений энергии импульса и размера пятна. Результат вычисления параметра Rd-d приведен на Рис. 3а. Радиусы Rd-d , определенные из подгонки кривых затухания, остаются постоянными во всем диапазоне исследованных плотностей возбуждения, что дает обоснование предложенной модели конкуренции между каналами излучательной рекомбинации и диполь-дипольного взаимодействия. Среднее значение радиуса диполь-дипольного взаимодействия равно 2.10  0.15 нм, что соответствует разделению экситонов примерно на 4 постоянных решетки (a= 5.029 Å, b=5.859 Å, c=5.074 Å [37]). В полупроводниках с широкой запрещенной зоной, помимо характеристик фёрстеровского взаимодействия, по отклонению кинетики затухания от экспоненциального закона оцениваются также и параметры диффузии (см., напр., [38]). Однако в случае CdWO4 интенсивность свечения френкелевских экситонов малого радиуса остается практически постоянной вплоть до комнатной температуры, при которой температурная стабильность оценивается величиной –0.3% на C° [25]. По этой причине в первом приближении можно пренебречь эффектом диффузии экситонов на экситон-экситонную аннигиляцию в данном кристалле. Высокие плотности возбуждения могут приводить также к образованию трионов и других многоэкситонных комплексов, которые возможны, но редно обнаруживаются в кристаллах с широкой запрещенной зоной [39]. Вклад заряженных френкелевских экситонов (трионов) в экситон-экситонную аннигиляцию очевидно должен быть пренебрежимо малым из-за кулоновского отталкивания заряженных возбуждений [40].

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,...