Фотостимулированная вспышка люминесценции: Методические указания для студентов, выполняющих НИР и спецпрактикум

М и ни сте р ство о б р а зо ва ни я р о сси йско й ф е де р а ци и В о р о не ж ски й г о суда р стве нны й уни ве р си те т Ф и зи ческ и й ф ак у л ьтет К а ф едр а о пт и ки и спект р о ско пи и

Ф отости м у л и рованная всп ы ш к а л ю м и несценци и М е то ди че ски е ука за ни я для студе нто в дне вно г о о тде ле ни я 4 – 6 кур со в, вы по лняющи х НИ Р и спе цпр а кти кум

Со ста ви те ли : Клю е в В .Г. Ла ты ш е в А .Н.

В оронеж - 2002

2

В ведени е В да нны х ме то ди че ски х ука за ни ях о пи са н М е то д Фо то сти мули р о ва нно й В спы ш ки Лю ми не сце нци и (ФСВ Л). Это т ме то д мо ж е т б ы ть пр и ме не н для и ссле до ва ни я стр уктур ы и электр о нны х сво йств пр и ме сны х це нтр о в и р а зли чны х де ф е кто в ш и р о ко зо нны х кр и ста лло ф о сф о р о в, и ме ющи х лю ми не сце нци ю в ви ди мо й и б ли ж не й ультр а ф и о ле то во й (У Ф) о б ласти спе ктр а . Это т ме то д да е т во змо ж но сть: - и зме р ять эне р г е ти че ско е р а спр е де ле ни е пр и ме сны х со сто яни й в за пр е ще нно й зо не кр и ста лла ; - о це ни ва ть и зме не ни е ко нце нтр а ци и де ф е кто в пр и р а зли чны х во зде йстви ях на кр и ста лл (о б луче ни е , во зде йстви е те мпе р а тур о й, эле ктр и че ски м и ли ма г ни тны м по ле м, а дсо р б ци я на по ве р хно стьи о но в, а то мо в, кла сте р о в...); - и зме р ять эне р г и и а кти ва ци и пр о це ссо в, пр и во дящи х к пе р е стр о йке пр и ме сны х де ф е кто в. При нци п м етода Ф СВ Л На р и сунке 1 пр и ве де на пр о сте йш а я зо нна я схе ма кр и ста лло ф о сф о р а , ко то р ы й и ме е т о ди н ти п це нтр о в ло ми не сце нци и (ур о ве нь 1) и о ди н ти п де ф е кто в, и ме ющи х г луб о ки й ур о ве ньэне р г и и (ур о ве нь2). N - ee- с N- ec hν люм hν люм ω2 δ2 Δ E2 hν И К=Δ E2 β α N2 n2 β N2 n2 N1

hν У Ф > Δ Eg

n1

N1

n1

δ1 v N

+

v

+

e a) б) Р и с. 1. Зо нна я схе ма кр и ста лло ф о сф о р а : a) – р е ж и м во зб уж де ни я (о све ще ни я) кр и ста лла У Ф и злуче ни е м; б ) – р е ж и м сти муляци и ФСВ Л (о све ще ни е кр и ста лла И К све то м). Смы сло б о зна че ни й пр и нят со г ла сно [1] и пр и ве де н в те ксте . В о вр е мя о све ще ни я кр и ста лла У Ф и злуче ни е м связа нны е электр о ны , на хо дящи е ся в ва лентно й зо не , по г ло ща ютква нты с эне р г и е й hν У Ф и пе р е хо дятв зо ну пр о во ди мо сти (р и с.1, пе р е хо д с па р а ме тр о м α). П р и это м во зни ка е т па р а сво б о дны х не р а вно ве сны х но си те ле й за р яда : электр о н в зо не пр о во ди мо сти е - (N- ко нце нтр а ци я та ки х эле ктр о но в) и ды р ка в ва ле нтно й зо не е + (N+ - ко нце нтр а ци я та ки х ды р о к). α – ско р о сть о б р а зо ва ни я (г е не р а ци и ) па р эле ктр о н-ды р ка . Ка к пр а ви ло , р е ко мб и на ци я сво б о дно г о эле ктр о на со сво б о дно й ды р ко й за пр е ще на пр а ви лами о тб о р а . П о это му (в р а мка х пр и нято й пр о сте йш е й мо де ли кр и ста лла) сво б о дны е ды р ки с ве р о ятно стью δ1 за хва ты ва ю тся (ло ка ли зуются на ..., пе р е хо дят

3

на ...) це нтр а ми люми не сце нци и , ко нце нтр а ци я ко то р ы х р а вна N1. А на ло г и чно сво б о дны е эле ктр о ны с ве р о ятно стью δ 2 за хва ты ва ются (ло ка ли зуются на ..., пе р е хо дят на ...) пр и ме сны ми це нтр а ми , ко нце нтр а ци я ко то р ы х р а вна N 2 и ли с ве р о ятно стью β р е ко мб и ни р уют с ды р ка ми , ло ка ли зо ва нны ми на це нтр а х люми не сце нци и с и злуче ни е м ква нто в hν лю м, ко то р ы е р е г и стр и р уются в экспе р и ме нте . В пр о це ссе во зб уж де ни я кр и ста лла ча сть не р а вно ве сны х эле ктр о но в ло ка ли зуе тся на це нтр а х за хва та N1 (n2 – ко нце нтр а ци я та ки х эле ктр о но в). Ч и сло ло ка ли зо ва нны х эле ктр о но в n2 на зы ва е тся за па се нно й све то суммо й (Sза па се нна я). П р и это м, в си лу за ко на со хр а не ни я за р яда , на це нтр а х люми не сце нци и N1 ло ка ли зо ва но та ко е ж е ко ли че ство ды р о к n1. П о сле вы ключе ни я во зб уж да юще г о У Ф све та и злуче ни е люми не сце нци и пр е кр а ща е тся. О дна ко кр и ста лл о ста е тся в во зб уж де нно м со сто яни и , та к ка к не р а вно ве сны е электр о ны и ды р ки ло ка ли зо ва ны на эле ктр о нны х и ды р о чны х це нтр а х за хва та в ви де за па се нно й све то суммы . В р е мя, в те че ни е ко то р о г о кр и ста лл не по две р г а е тся вне ш ни м во зде йстви ям, на зы ва е тся те мно вы м и нте р ва ло м (τте мн). В та ко м со сто яни и (е сли е - и е + ло ка ли зо ва ны на до ста то чно г луб о ки х ло вуш ка х) кр и ста ллмо ж е тна хо ди ться до лго . Е сли во вр е мя те мно во г о и нте р ва ла кр и ста лло све ти ть И К и злуче ни е м с эне р г и е й ква нта hν =Δ E2, р а вно й эне р г е ти че ско й г луб и не эле ктр о нно й ло вуш ки , то это и злуче ни е б уде тпе р е во ди ть ло ка ли зо ва нны е электр о ны в зо ну пр о во ди мо сти (пе р е хо д с па р а ме тр о м ω 2 на р и с. 1 б )). Д а ле е эти эле ктр о ны р е ко мб и ни р ую т с ды р ка ми , ло ка ли зо ва нны ми на це нтр а х люми не сце нци и (пе р е хо д с па р а ме тр о м β ), и в пр о це ссе о све ще ни я кр и ста лла И К све то м на б люда е тся кр а тко вр е ме нно е све че ни е люми не сце нци и до те х по р , по ка все ло ка ли зо ва нны е электр о ны пр о р е ко мб и ни р уютс ло ка ли зо ва нны ми ды р ка ми . П о сле до ва те льно сть пр о це ссо в: во зб уж де ни я кр и ста лла (τУ Ф ), те мно во й па узы (τте мн) и со б стве нно ФСВ Л (τИ К) в ви де за ви си мо сте й со о тве тствую щи х ве ли чи н о твр е ме ни и зо б р а ж е на на р и с. 2. В мо ме нт вр е ме ни t=0 на кр и ста лл на пр а вляе тся У Ф и злуче ни е , и нте нси вно сть ко то р о г о по сто янна (кр и ва я 1 на р и с. 2 а )). За ви си мо сть и нте нси вно сти люми не сце нци и о т вр е ме ни пр е дста вле на кр и во й 3 на это м р и сунке . На чи на я с вр е ме ни t=tст , и нте нси вно стьлюми не сце нци и пр а кти че ски не и зме няе тся. Это та к на зы ва е мы й р е ж и м “ ста ци о на р но й лю ми не сце нци и ”. И нте р ва л0t1)~0) в мо ме нтt=t2 вклю ча е тся И К све т, и нте нси вно сть ко то р о г о в пр о це ссе и зме р е ни я ФСВ Л (τФСВ Л) о ста е тся по сто янно й (кр и ва я 2 на р и с. 2 в)). И нте нси вно сть люми не сце нци и в пр о це ссе

4

“ сти муляци и ФСВ Л” ка к ф ункци я вр е ме ни пр е дста вле на кр и во й 5 на р и с. 2 в). П ло ща дь по д кр и во й 5 р а вна по лно му чи слу и злуче нны х ква нто в люми не сце нци и . Эта пло ща дь на зы ва е тся “ вы све че нно й све то суммо й” и ха р а кте р и зуе т чи сло ло ка ли зо ва нны х за р ядо в. В р а мка х мо де ли кр и ста лла, пр е дста вле нно й на р и с. 1, Sза па се нна я = Sвы све че нна я . В р е ме ннáя ди а г р а мма пр о це сса и зме р е ни я ФСВ Л IУ Ф (t) 1 τУ Ф

τте мн

0

t1

t2

t

IИ К(t)

2 τИ К

0

t1 Jлю м(t)

t2

t

Sза па се нна я

Sвы све че нна я 5

3

4 τФСВ Л

0

tст

t1

t2

t

а) б) в) Р и с. 2. За ви си мо стьо твр е ме ни : – и нте нси вно сти во зб уж да ю ще г о У Ф и злуче ни я (кр и ва я 1); – и нте нси вно сти све та , сти мули р ующе г о ФСВ Л, усло вно о б о зна че нно г о И К (кр и ва я 2); – и нте нси вно сти люми не сце нци и : в пр о це ссе во зб уж де ни я (кр и ва я 3); во вр е мя те мно во г о и нте р ва ла (кр и ва я 4); пр и и зме р е ни и ФСВ Л (кр и ва я 5). ВЛ П р о це сс и зме р е ни я ФСВ Л за ка нчи ва е тся, ко г да J ФС люм ~ 0.

Простей ш ая м одел ь (теорети ческ ое рассм отрени е) Буде м р а ссма тр и ва тьпр о сте йш ую мо де лькр и ста лла , со де р ж а ще г о о ди н ти п це нтр о в люми не сце нци и и о ди н ти п г луб о ки х эле ктр о нны х ло вуш е к, в р е ж и ме ФСВ Л со г ла сно р и с. 1 б ).

5

Ско р о сть уме ньш е ни я чи сла эле ктр о но в на ур о вне N2 пр о по р ци о на льна и х чи слу n2 и ве р о ятно сти пе р е хо да и х в зо ну пр о во ди мо сти ω 2 . М а те ма ти че ски это вы г ляди тта к:

dn 2 = −ω 2 n 2 dt

(1)

dn1  = −β n1 N −  dt  dn 2  = −ω2 n 2  dt  −  dN = ω2 n 2 − β n 1 N −  dt   n1 = n 2 + N

(5)

Ско р о стьуме ньш е ни я чи сла ды р о к на ур о вне N1 пр о по р ци о на льна и х чи слу n1, ве р о ятно сти и х р е ко мб и на ци и со сво б о дны ми эле ктр о на ми β , а та кж е ко нце нтр а ци и сво б о дны х эле ктр о но в N- . М а те ма ти че ски это вы г ляди тта к: dn1 = −βn 1 N − (2) dt Ско р о стьи зме не ни я чи сла сво б о дны х эле ктр о но в р а вна dN − = ω2 n 2 − β n 1 N − (3) dt П р и это м за ко н со хр а не ни я электр и че ско г о за р яда и ме е тви д: n1=n2+N - (4) Т а ки м о б р а зо м, си сте ма ди ф ф е р е нци а льны х ур а вне ни й, о пи сы ва ю щи х ФСВ Л, и ме е тви д:

Зде сь г де

ω2=ω

2Т

+ω

2У Ф

+ω

ω2 T = ω20T exp(−

2И К ,

∆Ε2 ) kT

(6) (7)

- ве р о ятно сть те р ми че ско г о пе р е хо да ло ка ли зо ва нно г о эле ктр о на в зо ну пр о во ди мо сти , ω 20Т – ча сто тны й ф а кто р , ∆Ε2 - эне р г е ти че ска я г луб и на це нтр а за хва та электр о на , k – по сто янна я Бо льцма на , Т – а б со лютна я те мпе р а тур а ; ω 2У Ф =σ У Ф U (8) - ве р о ятно сть о пти че ско г о пе р е хо да ло ка ли зо ва нно г о эле ктр о на в зо ну пр о во ди мо сти , σ У Ф – се че ни е по г ло ще ни я У Ф ква нта це нтр о м за хва та эле ктр о на , U – ква нто ва я и нте нси вно сть У Ф све та (пе р е хо д с ве р о ятно стью ω 2У Ф на зы ва е тся вы све чи ва ющи м де йстви е м во зб уж да юще г о све та ); ω 2И К=σ И КI (9) - ве р о ятно сть о пти че ско г о пе р е хо да ло ка ли зо ва нно г о эле ктр о на в зо ну пр о во ди мо сти по д де йстви е м И К и злуче ни я, σ И К – се че ни е по г ло ще ни я И К ква нта це нтр о м за хва та эле ктр о на , I – ква нто ва я и нте нси вно стьИ К све та . И нте нси вно стьи злуче ни я лю ми не сце нци и в о б ще м случа е р а вна − Jлюм = βn1 N (10)

6

В да нно й мо де ли о на р а вна

Jлю м= –

dn1 dt

(11)

В си сте ме (5) не и зве стны ми ве ли чи на ми являются ф ункци и n1(t), n2(t), N -(t). Буде м р е ш а ть си сте му (5), вво дя следующи е упр о ща ющи е пр е дпо ло ж е ни я. 1. Т а к ка к вр е мя ж и зни сво б о дны х электр о но в << вр е ме ни ж и зни ло ка ли зо ва нны х, то за ко н со хр а не ни я за р яда б уде ти ме тьви д: n1 = n2 = n (12) 2. Д и ф ф е р е нци р уя (12) и по дста вляя в си сте му (5), по лучи м: N-=

ω2 β

(13)

В и дно , что в это м случа е о б а пе р вы х ур а вне ни я си сте мы (5) ста но вятся о ди на ко вы ми :

dn1 dn 2 dn = = = −ω2 n dt dt dt

(14)

И нте г р и р уя (14) с на ча льны ми усло ви ями : t=0 n=n0 , г де n0 = Sза па се нна я – на ча льна я ко нце нтр а ци я ло ка ли зо ва нны х эле ктр о но в, по лучи м: n = n0exp(- ω 2И Кt) (15) Т а к ка к пр и и зме р е ни и ФСВ Л U=0 ═ > ω 2У Ф =0 и , ка к пр а ви ло , вспы ш ка люми не сце нци и и сследуе тся для г луб о ки х ло вуш е к, для ко то р ы х Δ Е 2>>kT, что о зна ча е тω 2Т =0, то в (15) вме сто ω 2 сто и тω 2И К. Со г ласно (11) Jлюм = n0 ω 2И Кexp(- ω 2И Кt) = J0exp(-ω 2И Кt) (16) На ча льна я и нте нси вно стьФСВ Л р а вна J0 = n0 ω 2И К = n0 σ И КI (17) П о лна я вы све че нна я све то сумма р а вна пло ща ди по д кр и во й на р и с. 3 и за да е тся вы р а ж е ни е м:

Jлюм J0

∞

S = ∫ n 0ω2 И К exp(−ω2 И К t ) = n0

(18)

0

t Ср а вни ва я вы р а ж е ни я (17) и (18), мо ж но Р и с. 3. За ви си мо стьJлюм (t) со г ла - за ме ти ть, что ча стно е ве ли чи н J0 и S, сно (16). р а вно е

Kk =

J 0 n 0σ И К I = = σИ КI , S n0

(19)

не за ви си то тна ча льно г о за по лне ни я ло вуш е к и пр и I=const за ви си тто лько о тσ И К, т.е . ве ли чи на Кk=σ И КI ха р а кте р и зуе т эф ф е кти вно е се че ни е за хва та И К ква нто в це нтр а ми ло ка ли за ци и электр о но в. Эк сп ери м ентал ьны е зави си м ости п арам етров Ф СВ Л На экспе р и ме нта льно й уста но вке , ко то р а я упр а вляе тся ко мпьюте р о м и на хо ди тся в лаб о р а то р и и 132, и зме р яе тся за ви си мо сть Jлю м (t) во вр е мя

7

сти муляци и ФСВ Л И К све то м. О б ы чны й ви д та ко й за ви си мо сти пр е дста вле н на р и с. 4. В и дно , что экспе р и ме нта льна я кр и ва я о тли ча е тся о тте о р е ти че ско й (р и с. 3) ка к на на ча льно м уча стке (на чи на е тся со зна че ни я Jлюм (0)=0), та к и на ко не чно м (t∞ =10÷100 с). Это о зна ча е т, что пр о сте йш а я мо де ль не со о тве тствуе т р е а льно й ка р ти не р а спр е де ле ни я ур о вне й в за пр е ще нно й зо не кр и ста лла. Т о е сть в р е а льно м кр и ста лле чи сло по кр а йне й ме р е ур о вне й б о льш е двух. О дна ко , не смо тр я на это о б сто яте льство , для оценк и эле ктр о нны х сво йств кр и ста лло в, ка к пр а ви ло , и спо льзуе тся вы ш е пр и ве де нна я пр о сте йш а я мо де ль кр и ста лла в си лу е е стр уктур но й пр о сто ты и пр о сто ты а на ли ти че ски х р е ш е ни й (18) и (19). Jлюм (t)

Sвы све че нна я

∆ t0

0 t0

t∞

t, c.

Р и с. 4. Экспе р и ме нта льна я за ви си мо сть и нте нси вно сти люми не сце нци и в пр о це ссе и зме р е ни я ФСВ Л. П о это му за на ча льную све то сумму пр и ни ма е тся ве ли чи на t0

J0 = ∫ J люм ( t )dt ,

(20)

0

г де t0 - вр е мя, со о тве тствующе е пе р вы м не ско льки м то чка м на ча льно г о уча стка кр и во й, вы б и р а е мо е в за ви си мо сти о ткр ути зны это г о уча стка . П о лна я (вы све че нна я) све то сумма на хо ди тся и нте г р и р о ва ни е м кр и во й о т t=0 до t= t∞ , ко то р о е со о тве тствуе твр е ме ни , за ко то р о е и нте нси вно стьвспы ш ки уме ньш а е тся до ф о но вы х по ка за ни й уста но вки . t∞

S = ∫ J люм ( t )dt ,

(21)

0

И нте р пр е ти р уя р е зульта ты экспе р и ме нта , о сно вы ва ясь на пр о сте йш е й мо де ли кр и ста лла , счи та ю т, что вы све че нна я све то сумма , р а вна я ко нце нтр а ци и ло ка ли зо ва нны х электр о но в, пр о по р ци о на льна и ко нце нтр а ци и са ми х электр о нны х ло вуш е к, т.е . S~N 2, (22) а ве ли чи на Кk , ко то р а я на зы ва е тся ко эф ф и ци ент о м ки нет и ки Ф С В Л , пр и I=const пр о по р ци о на льна эф ф е кти вно му се че ни ю за хва та ф о то но в це нтр а ло ка ли за ци и эле ктр о но в, т.е . K k~σ 2 (23)

8

Cе че ни е за хва та ф о то но в σ 2 ха р а кте р и зуе т р а зме р це нтр а и пр и о пр е де ле нны х усло ви ях пр о по р ци о на льно чи слу а то мо в m в это м це нтр е , е сли о н являе тся ма ло а то мны м (~10<m<~1000) кла сте р о м [2]. И та к, о сно вны ми экспе р и ме нта льны ми ве ли чи на ми , ко то р ы е о пр е де ляются в р е зульта те и зме р е ни я за ви си мо сти Jлюм (t), являются: 1) п ол ная вы свеченная светосу м м а – S, пр о по р ци о на льна я чи слу де ф е кто в, и ме ющи х эне р г е ти че ски й ур о ве нь на да нно й г луб и не Δ E=hνИ К в за пр е ще нно й зо не кр и ста лла ; 2) к оэф ф и ци ент к и нети к и Ф СВ Л - K k , пр о по р ци о на льны й р а зме р у де ф е кта да нно г о ти па . Эти ве ли чи ны на зы ва ются п арам етрам и Ф СВ Л . В ла б о р а то р и и 119 в пр о це ссе сти муляци и ФСВ Л вы све че нна я све то сумма S и зме р яе тся двумя ча сто то ме р а ми . О ди н и з ни х и зме р яе т све то сумму за ко р о тки й пр о ме ж уто к вр е ме ни ∆t=0.1 с и ли ∆t=1 с (др уг и х во змо ж но сте й пр о сто не т). Эта све то сумма пр и ни ма е тся за на ча льную и нте нси вно сть I0. Д р уг о й ча сто то ме р и зме р яе тпо лную вы све че нную све то сумму за t∞=∆t, ко то р о е мо ж е т и зме няться о т 10 с до 1000 с в за ви си мо сти о т р е а льно г о вр е ме ни пр о до лж и те льно сти вспы ш ки . На р и с. 5 и зо б р а ж е ны та к на зы ва е мы е спе ктр ы сти муляци и ФСВ Л для све то суммы (кр и ва я 1) и для ко эф ф и ци е нта ки не ти ки (кр и ва я 2) ха р а кте р ны е для мо но и ми кр о кр и ста лло в (М К) чи сто г о хло р и да се р е б р а [2]. S, о тн.е д. Kk 1.0

0.06 2

1 0.02 0 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 Р и с. 5. За ви си мо сть S (1) и K k сти мули р ую ще г о ФСВ Л.

1.7 1.9 hυИ К, эВ (2) о т эне р г и и ква нто в И К све та ,

Кр и ва я 1 о тр а ж а е т р а спр е де ле ни е пло тно сти электр о нны х со сто яни й в за пр е ще нно й зо не хло р и да се р е б р а на г луб и не 0.7 эВ < Δ E < 2.0 эВ о тдна зо ны пр о во ди мо сти . Кр и ва я 2 да е т и нф о р ма ци ю о то м, что це нтр ы , для ко то р ы х Δ E~1.1 эВ , и ме ютб о льш е е эф ф е кти вно е се че ни е , че м це нтр ы с др уг и м зна че ни е м Δ E.

9

При м енени е м етода Ф СВ Л дл я и ссл едовани я ф отости м у л и рованны х п роцессов в ш и рок озонны х к ри стал л ах Д а нны е , пр и ве де нны е на р и с. 5, да ют на ча льную и нф о р ма ци ю о ко нце нтр а ци и и р а зме р а х пр и ме сны х де ф е кто в в кр и ста лле. Т а ка я и нф о р ма ци я и ме е т о со б ую це нно сть, ко г да в кр и ста лле пр о те ка ю т пр о це ссы , пр и во дящи е к пе р е стр о йке де ф е кто в. О со б ы й и нте р е с пр е дста вляе т та ка я пе р е стр о йка по д де йстви е м и злуче ни й с р а зли чно й эне р г и е й ква нто в. Т а к ве дут се б я све то чувстви те льны е кр и ста ллы , являю щи е ся о сно во й ср е д для за пи си о пти че ско й и нф о р ма ци и . К ни м, в ча стно сти , о тно сятся г а ло г е ни ды се р е б р а , сульф и ды ци нка и ка дми я. На р и с. 6 пр и ве де н пр и ме р пр е о б р а зо ва ни я спе ктр о в сти муляци и ФСВ Л для эмульси о нны х М К хло р и да се р е б р а , по две р г нуто г о о б луче ни ю У Ф све то м пр и 300 К. S, о тн.е д.

Kk

1.• 1.7

1 0.06

1.•

3

0.02 0 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 hνИ К, эВ Р и с. 6. За ви си мо сти S (1,3) и Kk (2,4) о т эне р г и и ква нто в И К све та , сти мули р ую ще г о ФСВ Л. Х ло р и д се р е б р а не о све ще нны й (1,2) и о све ще нны й (3,4). Д а нны е р и сунка мо ж но и нте р пр е ти р о ва тьсле дую щи м о б р а зо м. 1. В р е зульта те о све ще ни я и зме няе тся р а спр е де лени е эле ктр о нны х со сто яни й (вме сто кр и во й 1 по луча е м кр и вую 3). На б люда е тся уме ньш е ни е ко нце нтр а ци и де ф е кто в, и ме ющи х эти электр о нны е со сто яни я. 2. И з ср а вне ни я кр и вы х 2 и 4 де ла е м вы во д о то м, что це нтр ы , и ме ющи е Δ E~1.1 эВ , ста ли ме не е кр упны ми , а це нтр ы , и ме ющи е Δ E~1.9 эВ , ста ли б о ле е кр упны ми . На о сно ве пе р вы х двух вы во до в мо ж но пр е дпо ло ж и ть, что по д де йстви е м све та в кр и ста лле хло р и да се р е б р а пр о и схо ди т пр е о б р а зо ва ни е де ф е кто в. В р е зульта те это г о пр е о б р а зо ва ни я и з о тде льны х де ф е кто в, на пр и ме р ,

10

не сте хи о ме тр и че ски х а то мо в и ли и о но в се р е б р а , и ме ющи х ме ньш е е эф ф е кти вно е се че ни е , о б р а зуются кла сте р ы , включа ющи е не ско лько а то мо в се р е б р а . П р и это м о б ще е чи сло де ф е кто в (пло ща дьпо д кр и во й 1) уме ньш а е тся, а и х р а зме р (па р а ме тр Кк) уве ли чи ва е тся. Ка р ти ну, а на ло г и чную р и с. 6, мо ж но по лучи ть, е сли М К хло р и да се р е б р а , на пр и ме р , о б р а б о та ть в р а ство р е , со де р ж а ще м и о ны се р е б р а . П р и это м та кж е по луча е м се р е б р яны е кла сте р ы , но по луче нны е др уг и м ме то до м. Особенности и нтерп ретаци и зави си м ости п арам етров Ф СВ Л от hν Т а к ка к за ви си мо сти , и зо б р а ж е нны е на р и с. 6, по луче ны пр и и зме р е ни и па р а ме тр о в р е а льны х кр и ста лло в, и ме ющи х сло ж ную си сте му де ф е кто в и , со о тве тстве нно , сло ж ную си сте му ур о вне й в за пр е ще нно й зо не , а и нте р пр е ти р уются с по мо щью пр о сте йш е й мо де ли , и ме ю ще й все г о о ди н ур о ве нь электр о нно й ло вуш ки , то это т ф а кт не о б хо ди мо учи ты ва ть пр и а на ли зе р е зульта то в экспе р и ме нта и ф о р мули р о вке ф и зи че ски х вы во до в. 1. П р е ж де все г о следуе т о тме ти ть, что на чи на ть а на ли з нуж но по сле то г о , ка к спе ктр сти муляци и ФСВ Л по стр о е н не в ви де р и с. 6, а в ви де за ви си мо сти о т hυ: Sкр и ста лла по две р г нуто г о во зде йстви ю Sкр и ста лла не по две р г нуто г о во зде йстви ю Д е ло в то м, что е сли в пр о це ссе во зде йстви я на кр и ста ллв не м о б р а зуются це нтр ы , о б ла да ю щи е р е ко мб и на ци о нны ми сво йства ми , то о ни со ста вляют ко нкур е нци ю це нтр а м люми не сце нци и , пе р е хва ты ва я ча сть не р а вно ве сны х электр о но в и ды р о к. П р и это м и вы све че нна я све то сумма уме ньш а е тся. О ка зы ва е тся, что пр и во зни кно ве ни и це нтр о в р е ко мб и на ци и о на уме ньш а е тся в о дно и то ж е чи сло р а з во все м ди а па зо не и зме не ни я hν [2]. П р и ме р за ви си мо сти вы све че нно й све то суммы о т hν для и схо дно г о кр и ста лла и для кр и ста лла, по две р г нуто г о во зде йстви ю У Ф и злуче ни я, пр и ве де н на р и с. 7. И з ви зуа льно г о ср а вне ни я кр и вы х 1 и 2, ка за ло сьб ы , мо ж но сде ла тьвы во д о то м, что в о б ла сти эне р г и й 1.7-1.9 эВ пр о и зо ш ло г о р а здо б о льш е е уве ли че ни е ко ли че ства це нтр о в за хва та эле ктр о но в, че м в о б ла сти 0.7-1.0 эВ . О дна ко это т вы во д о ка зы ва е тся о ш и б о чны м, та к ка к е сли о б р а ти ть вни ма ни е на кр и вую 3, то о ка зы ва е тся, что вы во д сле дуе т сде ла ть со все м др уг о й. И з по сто янства о тно си те льно г о спе ктр а сти муляци и ФСВ Л следуе т, что пр и во зде йстви и на кр и ста лл У Ф све то м о б р а зо ва ли сь не це нтр ы за хва та эле ктр о но в, а це нтр ы р е ко мб и на ци и .

11

5.0 S, о тн.е д.

S Sн 3 2.0

2.5

1 2

0 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 hνИ К, эВ Р и с. 7. П р и ме р за ви си мо сти вы све че нно й све то суммы о тhν для и схо дно г о кр и ста лла (кр и ва я 1), для кр и ста лла по две р г нуто г о во зде йстви ю, на пр и ме р , У Ф и злуче ни я (2) и р е зульта тде лени я зна че ни й о б е и х све то сумм (3). 2. Д р уг о й о че нь ва ж ны й мо ме нт во зни ка е т то г да , ко г да в р е зульта те во зде йстви я на кр и ста лл и и зме не ни я в р е зульта те это г о стр уктур ы де ф е кто в уме ньш а е тся (и ли уве ли чи ва е тся) и нте нси вно сть ста ци о на р но й люми не сце нци и . Это му мо ж е т б ы ть не ско лько пр и чи н: ли б о мо г ут во зни ка ть це нтр ы ко нкур и р ую ще й р е ко мб и на ци и , ли б о мо г ути зме няться спе ктр ы по г ло ще ни я и ли о тр а ж е ни я кр и ста лла, ли б о мо ж е тб ы тько мб и на ци я пе р е чи сленны х случа е в. А та к ка к о дно й и з о сно вны х за да ч пр и пр и ме не ни и ме то да ФСВ Л являе тся слеж е ни е за и зме не ни е м р а спр е де ле ни я электр о нны х со сто яни й в за пр е ще нно й зо не кр и ста лла , то ср а вне ни е па р а ме тр о в ФСВ Л и ме е т смы слто лько в случа е , ко г да и нте нси вно стьста ци о на р но й лю ми не сце нци и о ста е тся по сто янно й! О б ы чно пр е дпо ла г а е тся, что и нте нси вно сть люми не сце нци и и вы све че нна я све то сумма пр о по р ци о на льны др уг др уг у, то е сть вы по лняе тся со о тно ш е ни е Jлюм~S . П о это му пе р е д те м ка к стр о и ть за ви си мо сти а на ло г и чны е пр и ве де нны м на р и с. 7, не о б хо ди мо ско р р е кти р о ва ть и зме р е нно е зна че ни е S на ве ли чи ну и зме не ни я и нте нси вно сти ста ци о на р о й люми не сце нци и :

S= г де

J0 S0 , J

(24)

J0 и S0 – и нте нси вно стьлю ми не сце нци и и све то сумма до во зде йстви я, а J и S – и нте нси вно стьлю ми не сце нци и и све то сумма по сле во зде йстви я. Сле дуе т и ме ть в ви ду, что за ви си мо сть Jлюм~S по стули р уе тся и з и нтуи ти вны х со о б р а ж е ни й.

12

В за ключе ни е о тме ти м, что ме то д ФСВ Л пр и ме ни м для р е г и стр а ци и чр е звы ча йно ма лы х и зме не ни й в стр уктур е де ф е кто в та м, г де кла сси че ски е ка к о пти че ски е , та к и др уг и е ме то ды не пр и ме ни мы и з–за сво е й не до ста то чно й чувстви те льно сти . Ли те р а тур а 1. Фо к М .В . В ве де ни е в ки не ти ку люми не сце нци и кр и ста лло ф о сф о р о в. –М ., 1966. – 238 с. 2. Клю е в В .Г. Фо то сти мули р о ва нны е пр о це ссы на по ве р хно стны х де ф е кта х ш и р о ко зо нны х по лупр о во дни ко в: Д и с...до кт. ф и з.-ма т. на ук. – В о р о не ж , 1998. - 313 с.

Со ста ви те ли : Клю е в В и кто р Гр и г о р ье ви ч, Ла ты ш е в А на то ли й Ни ко ла е ви ч Р е да кто р : Т и хо ми р о ва О .А .