Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения

Вайнштейн, Илья Александрович

Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Вайнштейн, Илья Александрович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения»

Автореферат диссертации на тему "Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения"

□034625D1

На правах рукописи

ВАЙНШТЕЙН Илья Александрович

ОПТИЧЕСКИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ СТЕКОЛ И КРИСТАЛЛОВ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ АТОМНОГО РАЗУПОРЯДОЧЕНИЯ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Екатеринбург - 2008

003462501

Работа выполнена на кафедре «Физические методы и приборы контроля качества» ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Кортов Всеволод Семенович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Арбузов Валерий Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Никифоров Анатолий Елиферьевич

доктор физико-математических наук, профессор Огородников Игорь Николаевич

Ведущая организация: Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН,

г. Иркутск

Защита диссертации состоится » ^Я2009 г. в 15 ч 00 мин на

заседании диссертационного совета Д 212.285.02 по защите докторских диссертаций при ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» в аудитории I главного учебного корпуса.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ, ученому секретарю университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Автореферат разослан « &» 2009

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физ.-мат. наук,

Г.И. Пилипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стеклообразные и кристаллические оксидные диэлектрики находят широкое применение в качестве различных практически важных объектов современной оптической и электронной техники. Оптимизация их функциональных характеристик для работы в селективных и смешанных внешних полях - тепловых, оптических, радиационных - как правило, невозможна без понимания фундаментальных закономерностей влияния атомного беспорядка на энергетическую структуру и физические свойства разупорядоченных твердых тел. Одним из важнейшим факторов, определяющих комплекс спектрально-температурных параметров таких материалов, является поведение собственного края оптического поглощения (ОП) в широком диапазоне температур, которое подчиняется правилу Урбаха. При этом формирование урбаховского хвоста в кристаллических и в некристаллических материалах, особенности механизмов протекания в них родственных термо-, фото- и радиационно-стимулированных процессов так или иначе связаны с присутствующим в системе общим структурным беспорядком.

Начиная с 70-х годов XX века, интенсивные работы в международном научном сообществе по изучению закономерностей реализации правила Урбаха в неупорядоченных материалах проводили различные исследователи - Я: Тауц, Н. Мотт, Дж. Коди, В.Л. Бонч-Бруевич, М.В. Курик, Ю.Р. Закис, А.Н. Трухин, А.Ф. Зацепин, B.C. Кортов и другие. Заметный прогресс при описании урбаховского поведения с точки зрения анализа параметров беспорядка в материалах с нерегулярной структурой был достигнут в работах Дж. Коди и др. при изучении температурных зависимостей края собственного поглощения в аморфном гидрогени-зированном кремнии. Авторами был успешно использован принцип эквивалентности динамического и статического вкладов в общий атомный беспорядок, присутствующий в системе. Этот же подход был применен научной группой А.Ф. Зацепина для сравнительного анализа спектров оптического поглощения и фотоэлектронной экзоэмиссии в ряде оксидных стекол, что позволило сформулировать эмиссионный аналог правила Урбаха.

следования температурного поведения краевых и селективных компонент собственного поглощения в сочетании с анализом кинетических механизмов родственных термофотостимулированных процессов в объектах с хорошо изученной колебательной структурой и достоверно установленной природой локализованных электронных состояний.

Цель работы и задачи исследования. Цель диссертационной работы - установить общие закономерности формирования спектрально-температурного поведения края фундаментального поглощения в кристаллических и стеклообразных оксидных диэлектриках; уточнить и модифицировать формализм правила Урбаха применительно к анализу спектральных характеристик в широком температурном диапазоне для материалов с различной степенью и природой атомного разупорядочения; исследовать термостимулированные процессы и выполнить количественную оценку микроскопических параметров, определяющих механизмы их протекания с учетом роли искажений в электрон-фононной подсистеме широкощелевых твердых тел.

Для достижения поставленной цели необходимо провести комплекс экспериментально-теоретических исследований спектрально-температурного поведения структурно-чувствительных характеристик широкого круга объектов, представляющих различные кристаллические и стеклообразные оксидные системы с различной степенью собственного и наведенного атомного разупорядочения, и решить следующие основные задачи:

1. Установить и обосновать взаимосвязь между «кристаллическим» и «стеклообразным» вариантами правила Урбаха, реализующимися в различных оксидных стеклах, на основе использования принципа эквивалентности статического и динамического вкладов в общий структурный беспорядок. Проанализировать возможность описания «стеклообразного» урбаховского поведения оптического края собственного поглощения в широком температурном диапазоне.

2. Изучить характеристики оптического поглощения в области фундаментального края с использованием разработанного формализма модифицированного правила Урбаха для ряда модельных и промышленных многокомпонентных оксидных стекол. Выполнить количественную оценку величин, характеризующих статический и динамический типы атомного разупорядочения в исследуемых стеклах.

3. Проанализировать возможность применения формализма модифицированного правила Урбаха для интерпретации температурного поведения селективных спектральных компонент ОП в оксидных кристаллах с различным происхождением (условия синтеза, радиационная обработка, температурное воздействие и т.д.) и степенью атомного разупорядочения.

4. Исследовать, наряду с изучением эффектов термостимулированных изменений спектральных характеристик края оптического поглощения в кристаллах и стеклах, родственные термоактивационные процессы - температурное туше-

ние фотолюминесценции; спектрально-разрешенную термостимулированную люминесценцию. Выполнить количественный анализ параметров, отражающих вклад динамического фононного беспорядка в исследуемые термоактивацион-ные процессы.

5. Провести моделирование термостимулированных процессов для интерпретации массива полученных экспериментальных данных в изучаемых объектах с применением известных и адаптированных современных алгоритмов численного анализа. Выполнить количественную оценку фундаментальных микроскопических величин, характеризующих динамический тип атомного разупорядочения и обеспечивающих механизмы термоактивационной релаксации возбуждений в электронно-фононной подсистеме оксидных кристаллов и стекол.

Объекты исследования. Исходя из поставленной цели и сформулированных задач исследования, были выбраны два типа оксидных материалов - кристаллические и стеклообразные. Неорганические оксидные стекла: бинарные свинцово-силикатные стекла хРЬО-(ЮО-х)5Ю2, где х = 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 80; многокомпонентные промышленные стекла класса тяжелых флинтов ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, ТФ-4, ТФ-5, ТФ-7, ТФ-8, ТФ-10, которые относятся к тройной системе К20-РЬО-БЮг; натриево-силикатные стекла 25№20-755Ю2 и РЬ0-25Ыа20-748Ю2. Кристаллические оксиды с ионно-ковалентным типом химической связи: анион-но-дефектные монокристаллы А1203 и М§0; монокристаллы ВезАЬЭцОи, облученные нейтронами с флюенсом Ф = 1014 + 1019 см"2.

Образцы щелочно-силикатных стекол для исследований были предоставлены НИТИОМ, г. Санкт-Петербург. Образцы бинарных свинцово-силикатных стекол и монокристаллов берилла для экспериментальных исследований были предоставлены А.Ф. Зацепиным. Финальная подготовка, шлифовка-полировка всех стеклообразных и кристаллических образцов к оптическим исследованиям проводилась на специализированном оборудовании ФГУП ПО «Уральский оптико-механический завод», г. Екатеринбург.

Научная новизна:

1. Впервые показано, что «кристаллическая» и «стеклообразная» модификации правила Урбаха, наблюдающиеся в стеклах различного состава, являются предельными случаями общей экспоненциальной зависимости коэффициента поглощения в области УФ-края. Обе формы этого правила могут быть получены аналитически из выражения общего вида на основе представления об эквивалентности статического и динамического типов беспорядка в атомной решетке. «Кристаллический» вариант реализуется в условиях учета преимущественно теплового разупорядочения решетки, тогда как для систем с доминирующим статическим беспорядком характерна «стеклообразная» модификация.

края поглощения в широком температурном диапазоне вплоть до температур размягчения. Предложенная запись позволяет анализировать и выполнять количественную оценку параметров динамического беспорядка в системах с доминирующим вкладом статического беспорядка в общее атомное разупорядочение.

3. Для кристаллов ВсзЛЬвцО^ выполнена оценка отношения констант деформационного потенциала, связанных со статическим разупорядочением атомной решетки вследствие облучения потоками быстрых нейтронов. Экспериментально продемонстрирована линейная связь между шириной энергетической щели и урбаховской энергией. Установленная зависимость обоснована теоретически в рамках принципа эквивалентности статического и динамического типов атомного беспорядка.

4. Установлено, что для промышленных оптических стекол ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, ТФ-4, ТФ-5, ТФ-7, ТФ-8 и ТФ-10, относящихся согласно диаграмме Аббе к единому классу тяжелых флинтов, можно выделить две отдельные подгруппы стекол, различающиеся значением параметра Ео структурного беспорядка - подгруппа 1 (ТФ-1, ТФ-2, ТФ-5, ТФ-8, ТФ-10) и подгруппа 2 (ТФ-3, ТФ-4, ТФ-7). Показано, что использование комбинированной диаграммы «показатель преломления - коэффициент дисперсии - урбаховская энергия» подтверждает обнаруженное разделение единого класса ТФ на две подгруппы, различающиеся также и температурным поведением границы прозрачности.

5. В результате изучения спектров оптического поглощения монокристаллов кислород-дефицитного оксида алюминия в УФ-диапазоне в интервале температур ЬКТ -¡- 500 К и использования модели динамического атомного беспорядка с линейной электрон-фононной связью подтверждено, что полоса в области 6.05 эВ является суперпозицией двух независимых компонент, параметры которых близки к характеристикам поглощения Р- и Р+-центров.

6. При изучении процессов температурного тушения фотолюминесценции Р-и Р+-центров в зависимости от времени УФ-возбуждения кристаллов а-А1203 впервые наблюдался компенсационный эффект, связанный с согласованным уменьшением значений энергии активации тушения и предэкспоненциального множителя. Наблюдаемый эффект обусловлен доминирующим динамическим типом атомного разупорядочения в кристалле и связан с изменением соотношения между колебательным и конфигурационным вкладами в величину общей энтропии решетки. Выполнена оценка изокинетических температур для механизмов тушения с участием анионных центров.

7. Впервые для кристаллов численными методами изучена термализа-ция делокализованных электронов с учетом квантово-механического эффекта уширения энергетических уровней частиц при рассеянии. Показано, что характерной особенностью энергораспределения экзоэлектронов в оксиде магния является наличие высокоэнергетического «хвоста», протяженность которого рас-

тет за счет наведенного электрического поля в разупорядоченном приповерхностном слое кристалла.

8. На примере базовых кинетических моделей выполнено численное моделирование процессов термостимулированной люминесценции с использованием генетического алгоритма в широкощелевых твердых телах с доминирующим вкладом атомного беспорядка динамического типа.

Научная ценность работы. Научная значимость работы определяется комплексом полученных в диссертации результатов. На основании систематического теоретико-экспериментального исследования сформулированы важные обобщения и выводы, разработаны новые теоретические положения, совокупность которых способствует решению фундаментальной проблемы физики стеклообразных материалов - установлению закономерностей спектрально-температурного поведения границы собственного пропускания в оптических матрицах на основе широкощелевых оксидных стекол. Выполненные исследования вносят существенный вклад в понимание роли атомного беспорядка при формировании оптических свойств и термофотостимулированиого поведения твердотельных систем с различным типом доминирующего атомного разупоря-дочения.

Часть данных, полученных в диссертации, вошла в состав научно-исследовательской работы «Динамика релаксаций в облученных оксидах», которая была признана Научным советом РАН по радиационной физике твердого тела важнейшим результатом 2005 года.

Практическая значимость работы. Ряд результатов, полученных в рамках диссертационного исследования, связан с критическими технологиями, такими как создание и обработка кристаллических, композиционных и керамических материалов; производство программного обеспечения. В диссертации получены следующие практически значимые результаты:

1. Установленные спектрально-кинетические закономерности термостимули-рованного свечения в кислород-дефицитных кристаллах оксида алюминия могут быть использованы при разработке новых способов регистрации и оценки поглощенной дозы ионизирующих излучений с применением термолюминесцентных детекторов ТЛД-500К.

2. Обоснована возможность характеризации свойств стеклообразных материалов посредством введения в стандартную диаграмму Аббе дополнительного классифицирующего критерия - спектрального параметра беспорядка Е0. При прогнозировании функциональных свойств стекол параметр Е0 (в сочетании с оптическими постоянными nD и vD) может быть использован как универсальная структурно-чувствительная характеристика.

3. Предложен количественный полуэмпирический критерий для определения границы Г'между линейным и нелинейным участками температурной зависимости ширины энергетической щели. Критерий может быть использован при учете

применимости справочных значений температурного коэффициента ß. Выполнена оценка параметра 7" для ряда кристаллических и стеклообразных материалов.

4. Разработаны программные пакеты для численного анализа динамических характеристик, моделирования процессов транспорта электронов и люминесценции с термоактивационной кинетикой в широкозонных твердых телах. Созданные модули являются объектами интеллектуальной собственности и используются в научных исследованиях, а также в учебно-образовательной деятельности при подготовке инженеров-физиков и научных кадров высшей квалификации.

Автор защищает:

1. Формулировку модифицированного правила Урбаха, полученную на основе принципа эквивалентности динамического и статического вкладов в общий атомный беспорядок неупорядоченной системы с использованием выражения Фэна для температурной зависимости ширины энергетической щели и применимую для стеклообразных материалов в широком диапазоне температур - от температуры жидкого азота вплоть до температур размягчения.

2. Результаты экспериментальных исследований и количественные оценки характеристических параметров, определяющих закономерности спектрально-температурного поведения края фундаментального оптического поглощения для промышленных многокомпонентных стекол оптического класса тяжелых флинтов, относящихся к тройной оксидной системе K20 - Pb0-Si02.

4. Интерпретацию температурного поведения полосы 6.05 эВ в кислород-дефицитных монокристаллах оксида алюминия, предложенную с учетом доминирующего динамического беспорядка в рамках модели линейной электрон-фононной связи и заключающуюся в учете суперпозиции электронно-оптических переходов на F- и Р+-центрах; количественную оценку значений параметров динамического типа, обеспечивающих наблюдаемое спектрально-температурное поведение исследованной полосы.

5. Найденные значения параметров и установленные закономерности реализации компенсационного эффекта, проявляющегося в кинетике температурного тушения фотолюминесценции с участием F- и р+-центров в кристаллах а-АЬО>

6. Модифицированную кинетическую модель термолюминесценции в кислород-дефицитных кристаллах a-AljOj в интервале 350 + 550 К, учитывающую различную исходную концентрацию центров захвата и рекомбинации и механизмы внешнего температурного тушения свечения в присутствии компенсационного эффекта. Полученные в рамках предложенной модели зависимости ха-

рактеристик термолюминесценции от исходной концентрации центров свечения и от соотношения между скоростями повторного захвата и рекомбинации носителей заряда.

7. Результаты численного моделирования динамики кристаллической решетки для анионно-дефектных оксидов магния и алюминия, значения частот полученных симметризованных локализованных колебаний с учетом теоретико-группового анализа и в сравнении с выполненными экспериментальными оценками.

8. Вычисленные значения скоростей квазичастичного взаимодействия для кристаллов MgO в зависимости от энергии электрона при рассеянии на эффективном фононном поле динамического типа, которые могут быть использованы в расчетах методом Монте-Карло при анализе кинетических механизмов термо-и фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии в условиях наведенных при облучении электрических полей.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является итогом многолетней (с 1992 г.) работы автора на кафедре «Физические методы и приборы контроля качества» в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ». Представленные результаты являются обобщением работ, выполненных лично автором и в сотрудничестве с другими учеными.

Измерения спектров оптического поглощения для объектов диссертационных исследований при разных температурах были проведены совместно с A.A. Маслаковым. Измерения температурного тушения фотолюминесценции бинарных свинцово-силикатных стекол были выполнены совместно с Е.А. Раджабо-вым. Расчеты динамики решетки дефектных кристаллов MgO и А120з выполнены совместно с В.Г. Мазуренко и А.Н. Кисловым. Часть результатов по термолюминесцентным свойствам анион-дефектных монокристаллов оксида алюминия вошла в кандидатскую диссертацию Орозбека уулу Аскара (2007 г.), в которой автор являлся научным консультантом. Идея использования принципа эквивалентности статического и динамического типов атомного беспорядка для анализа «стеклообразного» варианта правила Урбаха, а также развитие и интерпретация результатов оптических экспериментов для системы Pb0-Si02 принадлежат А.Ф. Зацепину.

Общая постановка задач исследований, выбор основных путей и методов их решения, анализ и окончательная интерпретация полученных результатов, формулировка защищаемых положений и выводов диссертации выполнены лично автором. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат результаты, которые вошли в сформулированные защищаемые положения и выводы.

Публикация результатов работы. По теме диссертации имеется более 80 публикаций. Основное содержание диссертации отражено в 43 научных работах, в том числе 31 статья в ведущих рецензируемых иностранных и российских журналах, 7 статей в материалах всероссийских и международных конференций

и симпозиумов, 5 официальных свидетельств о регистрации полезных программ для ЭВМ.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации и сформулированные в защищаемых положениях, докладывались и обсуждались в ходе выступлений с устными и стендовыми докладами на всероссийских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе на Всероссийской конференции «Химия твердого тела и новые материалы» (Екатеринбург, 1996), Международных Симпозиумах по экзоэмиссии и ее применениям (Ро-lanica-Zdroj, Польша, 1997; Юрмала, Латвия, 2000), Международной конференции по физико-химическим процессам в неорганических материалах (Кемерово, 1998), Международных конференциях по прикладной оптике (Санкт-Петербург, 1998, 2006), Международных конференциях по фононному рассеянию в конденсированных средах - PHONONS (Ланкастер, Великобритания, 1998; Санкт-Петербург, 2004; Париж, Франция, 2007), Международной конференции по физике некристаллических твердых тел (Tuscon, США, 1999), Евроконференциях по люминесцентным детекторам и преобразователям ионизирующих излучений - LUMDETR (Рига, Латвия, 2000; Прага, Чехия, 2003; Львов, Украина, 2006), 1-м Международном конгрессе по радиационной физике, сильноточной электронике и модификации материалов (Томск, 2000), XI Всероссийской конференции по проблемам теоретической и экспериментальной химии (Екатеринбург, 2001), Международных симпозиумах по твердотельной дозиметрии (Афины, Греция, 2001; New Haven, США, 2004; Delft, Нидерланды, 2007), III Уральском семинаре по сцинтилляционным и запоминающим материалам (Екатеринбург, 2002), Ев-роконференции по дефектам в диэлектрических материалах - EURODIM (Вроцлав, Польша, 2002), Международных школах-семинарах по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, 2002, 2004, 2006, 2008), 12-й Международной конференции по физике и химии неорганических материалов (Томск, 2003), 15-й Международной конференции по дефектам в диэлектрических материалах - ICDIM (Рига, Латвия, 2004), Феофиловских симпозиумах по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (Екатеринбург-Заречный, 2004; Иркутск, 2007), Международных конференциях по люминесценции (Пекин, Китай, 2005; Лион, Франция, 2008), XVII Российской научной конференции с международным участием по неразрушающему контролю и диагностике (Екатеринбург, 2005), Первой международной научно-практической конференции по современным информационным технологиям и ИТ-образованию (Москва, 2005), Международной научно-практической конференции «Снежинск и наука - 2006. Трансфер технологий, инновации, современные проблемы атомной отрасли» (Снежинск, 2006), 4-м Международном симпозиуме по лазерам, сцинтилляторам и нелинейным оптическим материалам - ISLNOM (Прага, Чехия, 2006), VHI Международной конференции по опто-, наноэлектро-нике, нанотехнологиям и микросистемам (Ульяновск, 2006).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, шесть глав, заключение и список литературы. Общий объем диссертации составляет 386 страниц, в том числе 96 рисунков, 39 таблиц и список литературы из 343 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дана общая характеристика диссертации, обоснована актуальность темы, сформулированы общие цели и конкретные задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные научные положения работы, выносимые на защиту, а также указан личный вклад автора.

Первая глава в диссертации представляет собой аналитический литературный обзор, посвященный изложению основных экспериментально-теоретических представлений о закономерностях проявлений правила Урбаха в некристаллических, прежде всего в оксидных стеклообразных, материалах к началу описанных в работе исследований, т.е. к середине 90-х годов XX века.

Во многих реальных стеклообразных системах недеформированный край фундаментального поглощения имеет экспоненциальную форму, которая описывается эмпирическим правилом Урбаха. Для стекол различного типа известны два варианта правила Урбаха. Например, для аморфного кварца реализуется так называемый «кристаллический» вариант, при котором с увеличением температуры урбаховский край поглощения уширяется (изменяется крутизна спектральной характеристики). Напротив, для халькогенидных и многокомпонентных оксидных стекол, атомная структура которых включает подрешетки атомов стек-лообразователей и модификаторов, обычно выполняется так называемое «стеклообразное» правило Урбаха с температурно-независимым наклоном спектральной характеристики коэффициента поглощения.

Общепризнано, что наличие урбаховского хвоста непосредственно связано с присутствующим в системе структурным беспорядком, в отдельных случаях предложены успешные объяснения его происхождения. Известны также попытки продемонстрировать общность механизма формирования УФ-границы поглощения в кристаллических и аморфных твердых телах. Однако, несмотря на это, до сих пор не существует универсальной интерпретации природы правила Урбаха и, как следствие, нет ясного понимания причин реализации того или иного варианта поведения экспоненциального края поглощения в стеклообразных материалах различного типа.

В большинстве кристаллов, а также в некоторых неупорядоченных структурах, зависимость коэффициента поглощения а от энергии фотонов Ну и температуры Т на краю фундаментального поглощения описывается «кристаллической» формой правила Урбаха:

, где а{Т) = а0-шЬ

Параметр а характеризует температурно-зависимый наклон спектральной характеристики, смысл константы оь определяется используемой физической моделью, Ню - эффективная энергия фононов. Значения (Хсн и Е/ представляют собой координаты фокальной точки, в которой «сходятся» спектральные зависимости коэффициента поглощения, полученные при разных температурах. Выражения (1) позволяют описать веерообразное поведение урбаховского хвоста в широком температурном диапазоне.

Для стекол поведение края собственного ОП часто описывается так называемой «стеклообразной» модификацией правила Урбаха:

где сса1 - константа; Т0 - некая характеристическая температура, получаемая из эксперимента и не имеющая четкого физического смысла; 1/Ео = д\па1Шу - тем-пературно-независимый логарифмический наклон спектральной характеристики. Основным отличием (2) от «кристаллической» записи (1) является возможность в явном виде отделить друг от друга спектральную и температурную части.

Кроме того, отличительной особенностью известной записи (2) «стеклообразного» варианта правила Урбаха является его выполнение при температурах, выше некоторой фиктивной 7", где имеет место линейная температурная зависимость положения границы фундаментального поглощения стекла. В противоположность этому, «кристаллический» вариант (1) справедлив в широком температурном диапазоне.

Очевидным недостатком проанализированных модельных представлений является отсутствие взаимосвязи между различными вариантами правила Урбаха, реализующимися в большинстве стеклообразных диэлектриков при термостиму-лированной эволюции оптического края собственного поглощения. Как следствие, не существует единого подхода для анализа спектров оптического поглощения в области УФ-границы пропускания для родственных объектов, в частности для оксидных многокомпонентных стекол.

На основе выводов, вытекающих из анализа литературных данных, в конце главы 1 сформулированы цель настоящей диссертационной работы и основные задачи, которые необходимо решить для ее достижения. Указанные цели и задачи приведены в констатирующей части автореферата.

Во второй главе обоснован выбор объектов исследований, приведены их важнейшие физико-химические характеристики, описана подготовка выбран-

Ьу , Т

Е0 Т„

(2)

пых стекол и кристаллов к измерениям. Кроме того, приведено описание экспериментальных методик и теоретико-расчетных методов, применявшихся в проводимых исследованиях для достижения намеченных в диссертации целей.

Для решения поставленных задач были выбраны объекты исследований, которые относятся к оксидным стеклообразным и кристаллическим системам. Дано описание подготовленных образцов, приведены составы соответствующих щелочно-свинцово-силикатных стекол, показано положение всех образцов на тройной диаграмме Я20 - РЬО - 8Ю2, где И = Ыа, К. Описаны структуры выбранных монокристаллических образцов - М§0, Л1203, ВезА^^Оц, которые относятся к смешанному ионно-ковалентному типу. Выполнен количественный анализ степени ионности химической связи в представленных оксидах; проведен сравнительный анализ кристаллофизических характеристик указанных объектов с учетом показателей симметрии.

Подробно описана структура оригинального комплекса АСНИ для изучения процессов термо- и фотостимулированной люминесценции в твердых телах. Приведены основные характеристики автоматизированного измерительного комплекса. Кратко рассмотрены основные расчетные методы, используемые в диссертации для анализа полученных экспериментальных данных. Дано описание разработанных программных пакетов, которые входят в состав автоматизированной системы научных исследований и для которых зарегистрированы права интеллектуальной собственности в виде официальных свидетельств.

На основании расширенного описания структуры и состава объектов, а также с учетом особенностей экспериментально-теоретических методов исследования, составлена детальная структурная план-схема научных исследований, необходимых для решения поставленных задач и для оценки применимости развиваемого подхода (рис. 1).

В основу единого подхода, объединяющего используемые теоретико-экспериментальные методы для изучения выбранных объектов, положен принцип эквивалентности статического и динамического вкладов в общий структурный беспорядок. Твердотельными системами с доминирующим статическим типом атомного разупорядочения, исследуемыми в работе и приведенными на рис. 1, являются оксидные широкощелевые стекла свинцово-силикатной группы - от модельных бинарных до поликомпонентных промышленных класса ТФ. В качестве систем с доминирующим динамическим типом атомного разупорядочения используются диэлектрические оксидные кристаллы различной симметрии с ионно-ковалентным типом химической связи и с различной степенью собственной и наведенной дефектности.

Среди экспериментальных инструментов исследования преобладают традиционные структурно-чувствительные методы оптической и эмиссионной спектроскопии. Наряду с изучением спектрально-температурного поведения границы собственного поглощения в области экспоненциальных оптических хвостов и

селективных полос, в диссертации анализируются кинетические характеристики родственных термостимулированных процессов (термолюминесценция - ТЛ, термостимулированная экзоэлектронная эмиссия - ТСЭЭ, температурное тушение фотолюминесценции - ФЛ), протекающих с участием фононной подсистемы твердотельных объектов.

Статический беспорядок

К^ъектьГ)

Рис. 1. Структурная схема выполненных в диссертации исследований

Различными расчетными методами (см. рис. 1) в диссертации выполнены количественные оценки типичных параметров статического (урбаховская энергия Е0; константа Ох «замороженного» деформационного потенциала второго порядка и т.д) и динамического (эффективная энергия фононов, ответственных за тер-мостимулированный сдвиг уровней хвостовых зонных состояний; температурный коэффициент Р ширины энергетической щели; энергия локализованных колебаний, индуцируемых нарушениями в атомной решетке и т.д.) беспорядка в кристаллических и стеклообразных оксидных материалах. С привлечением современных алгоритмических решений проведено моделирование динамики решетки дефектных кристаллов, а также изучены кинетические закономерности для различных термостимулированных процессов с активационными механизмами в зависимости от соотношений между основными модельными параметрами.

Экспериментальные способы варьирования степени того или иного вида беспорядка, используемые при выполнении диссертационной работы:

— условия синтеза: концентрационная серия для бинарных стекол РЬО-8Ю2; технологическая серия для стекол ТФ; сильно-восстановительные условия при выращивании а-А1203;

— условия корпускулярно-лучевой обработки: облучение кристаллов берилла нейтронами с различным флюенсом; облучение анионно-дефектных кристаллов А1203 /^-излучением с различной экспозиционной дозой; возбуждение кристаллов оксида алюминия монохроматическим и нефильтрованным УФ-излучением при повышенной температуре с различным фотонным флюенсом;

— условия измерений: термостатирование на различных тепловых уровнях; термостимулирование в динамическом режиме в широком температурном диапазоне - от 1*1Т до 700 °С.

Третья глава посвящена развитию формализма правила Урбаха применительно к анализу спектрально-температурного поведения края собственного поглощения в стеклообразных материалах с широкой энергетической щелью.

Учитывая результаты литературного анализа и используя принцип Франка-Кондона в приближении атомного беспорядка гауссова типа, экспоненциальная зависимость коэффициента поглощения а в области фундаментального края может быть записана в общем виде

а(^,ГЛ) = аоехр(^^Ы11 (3)

^ Е0(Г,Х)

При этом ао = Оо(Т, X). Однако данная функциональная зависимость в рамках гауссова беспорядка значительно слабее экспоненциальной, поэтому ею можно пренебречь и считать величину ао константой. Функция Е(1(Т, X) является мерой беспорядка, присутствующего в системе, и отражает в общем случае вклады динамического (тепловые фононы) и статического (замороженные фононы) разу-порядочения атомов. При такой записи температура Т является параметром, характеризующим тепловой беспорядок. В свою очередь геометрический параметр X характеризует изначально присутствующий температурно-пезависимый беспорядок. Атомный беспорядок может быть описан количественно в терминах среднеквадратических смещений (и2) атомов из положений равновесия:

Коэффициент К имеет размерность константы деформационного потенциала 2-го порядка. Ширина энергетической щели в (3) также может быть представлена как функция атомных смещений:

(4)

Здесь £/0,0) - ширина щели в отсутствие какого-либо беспорядка. Пт и Ох -константы деформационного потенциала 2-го порядка, соответствующие динамическому и статическому разупорядочению. Из выражения (5) видим, что рост любого типа беспорядка в системе приводит к сужению оптической щели материала. Этот факт хорошо согласуется с экспериментальными наблюдениями и соответствует появлению протяженных спектральных хвостов в области края оптического поглощения неупорядоченных структур. Используемый принцип эквивалентности различных типов беспорядка позволяет рассмотреть предельные случаи анализируемой экспоненциальной зависимости (3).

В случае упорядоченных кристаллических структур можно предположить, что {г/)х и, следовательно, пренебречь вкладом статического беспорядка.

Тогда получаем «кристаллический» вариант правила Урбаха:

а(к>,Т,Х) = аП1ехр

Н/-Е

где, Е1=Е^Щ-Ох{иг)х и

К и2

.ЕП

кТ

(6) (6а)

Константа энергии Е/ характеризует положение фокальной точки, в которой пересекаются спектральные зависимости, измеренные при различных температурах. Согласно (6а) эта энергия меньше «идеальной» ширины оптической щели, что согласуется с выводами других известных теорий правила Урбаха в кристаллах. В рамках используемого однофононного подхода среднеквадратические атомные смещения могут быть выражены через соответствующие энергии фоно-нов. В этом случае по величине наклона спектральных характеристик в кристаллическом правиле Урбаха можно сделать оценку энергии фононов /щ ответственных за тепловой беспорядок. Очевидно, что соотношения (6) и (6а) соответствуют кристаллическому правилу Урбаха в записи (1).

В случае типичных неупорядоченных структур, когда преобладает изначальное статическое атомное разупорядочение, можно предположить, что (и2)/» (и2)г и, следовательно, пренебречь вкладом уже динамического беспорядка. Тогда получаем запись «стеклообразного» правила Урбаха в виде

а(/гу,Г,Х) = а67ехр

'к> + Рт(и2)т

(7)

где а,:1 = а0 ехр[ ^ ¡ехр

5.(0-0)

\ \ IX )

К(и2^ -Е0 = сот! ■ (7а)

Здесь Ео - общепринятое обозначение параметра наклона спектральных зависимостей стекол в области края собственного поглощения. Выражение (7а) в явном виде демонстрирует, что этот наклон является параметром беспорядка и не зависит от температуры в стеклообразном пределе.

Отметим также, что, согласно (6а) и (7а), константы ок:н и о^а могут существенно отличаться по величине. В то же время эти константы несут в себе информацию о величине универсального для данного объекта предэкспоненциального множителя Оо в выражении (3) и величине энергетической щели. Кроме этого показано, что для всех рассмотренных родственных кристаллических и стеклообразных материалов выполняется условие К{иг)т < К{и2)х. Так, например, из приведенных в диссертации независимых экспериментальных данных А.Н.Трухина следует, что для кристаллического оксида германия К(и2)т = 0.061 эВ и асК = 3-106 см"1, а для аморфного 0е02-А"(ы2)л- =0.175 эВ и 10"" см'1.

Помимо функции беспорядка Ео, температурные эффекты в выражении (3) заложены также через величину Ея. В пределе высоких температур при фиксированном параметре Хможет быть использована линейная аппроксимация:

Е,(Т,Х)*Е,[Т) = Е,(0)-рТ, (8)

здесь, /5 = йЕ^Т - температурный коэффициент, являющийся справочной величиной.

Вообще говоря, температурное поведение границ подвижности, определяющих величину щели в неупорядоченном твердом теле, носит сложный нелинейный характер. Однако в нашем случае имеет значение не абсолютное положение границ подвижности при данной температуре, а относительное смещение уровней локализованных состояний зонных хвостов. Тогда для структур, в которых доминирует статическое разупорядочение - (и2)х » {и2)т, выражение (3) при высоких температурах с учетом (7а) и (8) принимает форму «стеклообразной» модификации правила Урбаха (2), где

Таким образом, параметр То является характеристикой поведения урбаховского края в стеклах только в области - Т'< Т< и характеризует степень проявления статического беспорядка в температурной части «стеклообразного» правила Урбаха.

Установленная взаимосвязь между спектральной и температурной частями в «стеклообразном» правиле Урбаха позволила нам проанализировать экспериментальные данные по оптическому поглощению стекол с позиции роли статического беспорядка. Были рассмотрены многокомпонентные объекты, относя-

щиеся к силикатной, германатной, фосфатной и халькогенидной стеклообра-зующим системам: R20-3Si02 (R = Li, Na, К), 3Pb0-7Si02, Ge02, Na20-3Ge02, 8La203-92Ge02, Me0 P205 (Me = Ca, Ba, Sr), 5W03-2.5Ba0-2.5P205, As2S3, As2Se3, As2Te3. Используя литературные данные и независимо полученные значения ур-баховской энергии, нами была выполнена оценка температуры Т0 и коэффициента /? по формуле (9), а также определена граница Т'. Было выделено три основных фактора, влияющих на величину параметра статического беспорядка Еа «стеклообразного» правила Урбаха: доминирующий тип химической связи, координационное число стеклообразователя и размер атомов в подрешетке модификатора.

Аналогичные закономерности установлены для параметра Т0, который отражает проявление статического беспорядка в температурной части «стеклообразного» правила Урбаха. Наименьшее значение 7о наблюдается для халькогенид-ных стекол (34 + 106 К), затем происходит увеличение при переходе от силикатной (80 + 217 К) к германатной (105 + 231 К) и фосфатной (200 + 383 К) стеклообразным системам.

В области низких температур E¿J) является нелинейной функцией. Температурная граница применимости приближения (8) определяется параметрами модели, которая используется для описания Eg(T). В рамках однофононного приближения и теории возмущения второго порядка, температурная зависимость ширины энергетической щели при неизменном статическом беспорядке может быть представлена в виде соотношения, которое часто в литературе называют выражением Фэна:

Здесь Eg(0) - ширина энергетической щели при нулевой температуре и фиксированном параметре X; А - параметр Фэна, зависящий от микроскопических свойств материала; (и)=[ехр(ййУИ)-1]"' - фактор Бозе-Эйнштейна для фононов с энергией fioo.

Выражая среднеквадратические атомные смещения (и2)т для осциллятора с массой М в рамках статистики Бозе-Эйнштейна, можно установить связь между параметром Фэна А и константой DT деформационного потенциала:

В пределе высоких температур кТ» /¡со выражение Фэна сводится к линейной зависимости (8). При этом

С помощью выражения Фэна в диссертации был выполнен сравнительный анализ между расчетными и экспериментальными значениями параметров для температурного поведения ширины энергетической щели в различных кристаллических и аморфных материалах - алмаз, 81, Се, 81С, 2п8е, Аз^, ОаР, ОаАэ, 1пР, ЬгЛБ, а-81:Нх, а-Ое:Нх, а-Аз283. Показано, что выражение (10) применимо для анализа зависимостей Ег{Т) и оценки параметров динамического беспорядка в аморфных материалах, где вследствие структурного разупорядочения края энергетических зон размыты и имеются протяженные хвосты плотности состояний. Проанализирована связь выражения Фэна с другими известными способами описания Е%(Т) в кристаллах на основе линейно-квадратического соотношения Варшни, а также в стеклах с использованием среднеквадратических флуктуаций когерентного атомного потенциала.

Кроме того, был предложен количественный критерий для оценки температурной границы Т' между линейной и нелинейной частью зависимости Е^Т). Указанный критерий представляется важным с практической точки зрения, поскольку определяет область применимости константы /3. Продемонстрирована корреляция между рассчитанными величинами Г' и температурами Дебая для проанализированных материалов.

Очевидно, что температурная граница применимости правила Урбаха (2) для стекол также определяется параметрами модели, которая используется для описания Ег(Т, X). В этом случае применение выражения Фэна (10) позволяет записать правило Урбаха, справедливое в широком температурном диапазоне. Подставляя (10) в выражение (3) с учетом » (г/2)/-, получаем «стеклообразную» модификацию правила Урбаха, применимую при Т<Т^ь следующем виде

При высоких температурах, когда кТ » второе слагаемое в числителе показателя экспоненты пропорционально температуре: {п)=кТ1Лсо. В таком случае (13) принимает вид выражения (2). При этом соотношение для характеристического параметра Го записывается следующим образом:

Таким образом, параметр Фэна выступает не только как физический параметр материала, но и является неотъемлемой характеристикой «стеклообразно-

Е (0П

. (13)

где а,-, = а0 ехр -

го» правила Урбаха. Кроме этого отметим, что область применимости правила Урбаха в форме (2) будет определяться диапазоном температур Т> Т'.

Как показывает формализм, приведенный нами выше, переменные Т и X математически равноправны и аддитивны. Указанная эквивалентность продемонстрирована нами на примере изучения закономерностей трансформации оптических и фотоэмиссионных спектров в нейтрон-разупорядоченных кристаллах берилла. Созданный при нейтронном облучении структурный беспорядок и природа образующихся нарушений кристаллической решетки во многом схожи с атомным разупорядочением за счет термических и деформационных воздействий. Более того, поведение оксидных диэлектриков сложного состава в радиационных полях остается малоизученным.

Нами был проведен анализ функции беспорядка E^TJC) в кристаллах Be3Al2Si60i8 при фиксированной температуре Т = RT и в условиях варьирования переменной X за счет изменения флюенса частиц. На рис. 2 представлены измеренные зависимости коэффициента поглощения а от энергии фотонов hv для исходного монокристалла берилла и для облученных образцов. Для всех исследуемых образцов наблюдаемые спектры представляют собой, длинноволновый край широкой полосы поглощения, которая обусловлена оптическим переходом с переносом заряда О1' —» Fe\* (примесное железо в позиции Ве). В данном случае трансформация края примесного поглощения отражает эффекты общего разупорядочения, протекающие в объеме кристалла. Наличие в кристаллах BejAbSieOu нескольких типов катионных подре-шеток, связанная с ними возможность возникновения многообразия элементарных и комплексных дефектов приводят к появлению сложного спектра энергетических возбуждений в электронной и колебательной подсистемах диэлектрика. В этой ситуации анализ отклика на облучение для отдельных типов нарушений представляется затруднительным, что требует применения обобщенных микроскопических параметров, характеризующих структурный беспорядок системы в целом.

На рис. 2 видно, что зависимости для всех образцов хорошо аппроксимируются линейными характеристиками в полулогарифмических координатах. При увеличении флюенсов наблюдается сначала параллельное, а затем веерообразное смещение спектров в низкоэнергетическом направлении. При этом в диапа-

LlOd

о 10

н Ж

V §

£ •е-

• исходный

ь 5.010" см2 (4.03 эВ; 75 см"')^^

■ 7.5-10" см'2

О 1.35-10'" см"2

Л 6.6-10" см"2

8.5.10" cvui

34 з.б з:в 4:о ^ Энергия фотонов, эВ

Рис. 2. Спектры оптического поглощения кристаллов берилла, облученных быстрыми нейтронами (возле соответствующих символов указаны значения флюенса Ф)

зоне Ф < 1018 см"2 параметр Е0 (рис. 2) остается постоянным в пределах ошибки 3 %. Однако с дальнейшим увеличением интегрального потока частиц наблюдается рост величины £0 от 0.102 ± 0.003 эВ до 0.158 ± 0.005 эВ. Отметим, что экстраполяция зависимостей в высокоэнергетическую часть спектра приводит к пересечению прямых в области сходимости, обозначенной на рис. 2 небольшой окружностью. Таким образом, на рис. 2 представлен характерный урбаховский веер, возникающий в условиях варьирования флюенса Ф при фиксированной комнатной температуре. Координаты фокальной точки £/(4.03±0.05эВ;75±5см"') довольно хорошо соответствуют параметрам максимума рассматриваемой полосы оптического поглощения Ет ~ 4.05 эВ.

Полученные экспоненциальные зависимости (см. рис. 2) были описаны с помощью правила Урбаха (3). Функция Е&{Х,Т) ширины энергетической щели в данном случае отвечает наиболее вероятной энергии электронно-оптического перехода. Величина Е0 логарифмического наклона спектральных кривых характеризует усредненную размытость селективных полос в электронной плотности состояний вследствие нарушений атомного порядка. При изменении интегрального потока нейтронов варьируется параметр X статического беспорядка, что и приводит к веерообразному уширению спектров именно по флюенсу Ф (рис. 2).

Поскольку все измерения оптического поглощения в кристаллах берилла проводились при комнатной температуре - КГ, то согласно (5) величину Ег можно рассматривать как функцию только статического параметра X. Учитывая выражение (4) для функции беспорядка Ео(Х,Т), можем записать

Ек(Х,КТ) = Е;(0,ЯТ)-^-Е0(Х,1!Т),щеЕ'х(0,КТ) = Е!:{ОЛТ) + Ох(и>)/</. (15)

Здесь Е1{0,ЯТ) - ширина энергетической щели при комнатной температуре в отсутствие статического беспорядка, которая учитывает тепловые возмущения атомов в положениях равновесия и нулевые «замороженные» колебания.

Подставив выражение (15) в (3), можно определить отношение й^К для спектров на рис. 2. При этом выбираем только те спектры, которые входят в веер и пересекаются в фокальной точке. Как видно из рис. 2, это выполняется для образцов с Ф > 1015 см"2. Получены значения Б^К, которые лежат в диапазоне 0.3 + 0.5 ± 0.05.

При данном подходе £/0,0) совпадает с энергией фокальной точки. Экспериментальная зависимость, близкая к (15), была построена Дж. Коди и др. для аморфного гидрогенизированного кремния. В нашем случае для исходного кристалла можно предположить, что эта величина соответствует максимуму полосы, т.е. £^(0;93 К) - 4.05 эВ. Поскольку Ее и Л V связаны между собой, рассмотрим зависимости Иу(Ео) для разных значений коэффициента поглощения.

3 4.0в о н

¥.

25 см' 20 см'1 15 см'1 10 см'1

и ии и.иэ г г. иш и, 13

Е„, эВ

Рис. 3. Линейная связь энергии Ег с параметром беспорядка Ео для фиксированных коэффициентов поглощения: точки - результаты эксперимента, соответствующие указанным значениям а; зависимость Е^Ео) - расчет по выражению (15).

На рис. 3 приведены указанные функции для а = 10 + 25 см"1. Кроме того, принимая усредненное значение можно рассчитать функцию Е^Е0) (рис. 3). Из рисунка видно, что расчетная прямая и прямые, аппроксимирующие экспериментальные зависимости, сходятся в точке (0 эВ ; 4.08±0.05 эВ). Энергии фокальных точек на рис. 2 и 3 в пределах ошибки совпадают. Таким образом, полученные зависимости а(Ау) и йу(£0) имеют веерообразный вид, что следует интерпретировать как отражение квазидинамического характера нейтрон-наведенного структурного беспорядка.

В четвертой главе описаны результаты комплексного исследования поведения границы прозрачности в модельных и промышленных стеклах свинцово-силикатной системы на основе применения развитого формализма модифицированного правша Урбаха.

Примеры измеренных спектров _ собственного поглощения для бинарных стекол РЮ-8Ю2 приведены на рис. 4: низко-свинцовая область (20 мол.%); область инверсии (50 мол.%). Получ'енные зависимости подчиняются «стеклообразному» правилу Урбаха (13). С увеличением содержания оксида свинца происходит смещение края поглощения в длинноволновую область. Значения параметра £о для всех образцов

¡100-I

|ш £

¡2

• - 80 К Ж////

о -149 К

» -195 К.

* -290 К /ЛЛ©^ /лл»

ч - 369 К А

т -471 К^Ж

50РЬ0 505Ю2 Л ЧГ 20РЬ0805Юг

32 ■ ЗУ6

Энергия фотонов, эВ

оценивались в диапазоне а= 40 120 см"1. Величины Е0 при 7=290 К

Рис. 4. Влияние температуры на спектры оптического поглощения стекол: штриховые линии - наклон соответствующих урбаховских хвостов

для разных концентраций свинца приведены в табл. 1. С ростом температуры спектры поглощения для каждого образца смещаются в длинноволновую область без изменения параметра наклона £0. Для исследуемого диапазона температур 80 + 470 К величина урбаховской энергии Е0 остается постоянной в пределах разброса + 2 %.

На рис. 5 приведены зависимости hv(T) для исследуемых образцов. Точками показаны экспериментальные значения энергии фотонов hv при а = 70 см"' и при различных температурах измерений. Сплошными линиями на рис. 5 показаны результаты аппроксимаций зависимостей с использованием выражения Фэна (10). Очевидно хорошее согласие между экспериментальными и расчетными данными.

Полученные значения параметров «стеклообразного» правила Урбаха для всех составов исследованных бинарных стекол приведены в табл. 1. Сравнение результатов расчета с данными экспериментов по комбинационному рассеянию света показывает, что найденные величины ЙО), с одной стороны, несколько превосходят значения энергии колебательного движения атомов свинца - 12 и 17 мэВ. С другой стороны, они ниже энергий деформационных и оптических колебаний силикатной сетки (подрешет-ки стеклообразователя), которые лежат в областях 50 62 мэВ и 110 ^ 150 мэВ. Поскольку выражение (10) получено в рамках однофононного приближения, то извлекаемая из него энергия фонона отражает эффективную величину, в которой учитывается вклад от всех колебательных состояний в системе. Полученные данные йсо = 22 + 38 мэВ имеют промежуточные значения и характеризуют эффективные колебания в исследуемых стеклах.

Используя наши данные, французские исследователи Де Менезес Соуза и др. в 2006 г. оценили эффективную энергию низкочастотных фононов в зависимости от содержания РЬО 30 + 60 мол. % на основе изучения спектров ИК-отражения. При этом результаты независимых анализов оптических спектров в УФ- и ИК-частотных диапазонах находились в хорошем согласии между собой. Был сделан вывод о высокой достоверности оценок эффективной энергии фононов в стеклах с использованием предложенной модификации правила Урбаха (13).

Значения параметра /L. характеризующие область линейной температурной зависимости ES(T), были рассчитаны на основании выражения (12). Строго говоря, зависимость Eg(T) нигде не является линейной, а величины коэффициента

0 100 200 300 400 500 Температура, К

Рис. 5. Температурные зависимости положения края оптического поглощения для всех образцов: точки - эксперимент; сплошные линии - аппроксимация по выр. (10) (рядом с кривыми указано соответствующее содержание РЬО в мол. %)

До и параметра Го носят асимптотический характер. На рис. 6 очень хорошо видно, что зависимость ¿Е^йТ с ростом температур приближается к расчетным значениям р„ Тем не менее именно при таком подходе значения величин То и р„ содержат достоверную информацию об энергии эффективных колебаний. Подчеркнем еще раз, что все вышеуказанные величины характеризуют динамическую составляющую общего структурного беспорядка. Используя зависимость Д7), определяли величину Т' на основе предложенного в диссертации критерия. Полученные значения фиктивной температуры Г'приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры модифицированного правила Урбаха в стеклах РЬО-ЭЮг

РЬО, мол. % £0,эВ о^, см'1 7"„, К Т\ К Д., х10'4 эВ'К"1 /га>, мэВ А, эВ

20 0.119 2.55х10"'3 234 387 5.08 38 0.222

40 0.095 1.93х10"15 143 303 6.65 30 0.228

45 0.097 9.81х10"16 204 222 4.76 22 0.119

50 0.117 4.47x10"и 234 250 5.00 24 0.141

55 0.136 3.26x10"9 261 301 5.21 29 0.177

60 0.137 4.19x10'9 245 287 5.59 28 0.181

80 0.116 4.15х10',° 182 317 6.38 31 0.229

Соотношение статического и динамического вкладов в общее структурное разупорядочение в значительной степени определяется типом ближнего порядка. При анализе урбаховских параметров наблюдаемые количественные изменения связаны с качественным изменением природы подрешетки стеклообразователя в области 45 -50 мол. % РЬО. Концентрационные зависимости всех величин (кроме Г0), приведенных в табл. 1, имеют минимальное значение при содержании 45 мол. % РЬО. Особо отметим, что характерное поведение имеет и концентрационная зависимость температуры Т'. Таким образом, предложенный для ее определения критерий ставит эту величину в один ряд с другими количественными параметрами динамиче-

Температура, К

Рис. 6. Температурная зависимость коэффициента ширины оптической щели для образцов с различным типом подрешетки стеклообразователя. Штриховые линии соответствуют расчетным значениям

100

3 о

• 86 К

О 180 К

■ 293 К

о 500 К

ТФ-7

3.8 4.0 4.2 3.6 3.8 Энергия, эВ

4.0

ского беспорядка. Кроме того, характеристические параметры записанного нами модифицированного правила Урбаха (13) оказываются весьма чувствительными к трансформации ближнего порядка. Другими словами, инверсия ближнего порядка, заметно влияющая на многие физические свойства стекла, отражается в том числе и на характеристиках динамического беспорядка.

Для оценки применимости развитого нами формализма к анализу спектров ОП в области урбаховско-го края многокомпонентных неупорядоченных материалов была изучена роль структурного беспорядка при формировании спектральных характеристик промышленных стекол группы ТФ, которые относятся согласно диаграмме Аббе к одному оптическому классу. Поведение спектров ОП исследуемых стекол при изменении температуры показано на рис. 7. Исследуемые объекты по наклону Ео спектральных характеристик можно разделить на две подгруппы-ТФ-1,ТФ-2, ТФ-5, ТФ-8, ТФ-10 (1-я подгруппа) и ТФ-3, ТФ-4, ТФ-7 (2-я подгруппа). Спектры даны для представителей обеих подгрупп и являются типичными для стекол одной и той же подгруппы. Видно, что с ростом температуры край поглощения в обеих подгруппах стекол смещается

Рис. 7. Температурный сдвиг УФ-края в стеклах первой (ТФ-1) и второй (ТФ-7) подгрупп

0.20

СО

Л 0.15

0.10

о - ЬОТ 1' ТФ- И)

■ - ят

.-•5' Тф- ТФ-2 ТФ-5

1 ■■■"а 8

Тф. 1 ТФ- 7

ТФ-3 еа -О.ТФ-4

25 30 35

РЬО, мол. %

Рис. 8. Влияние содержания оксида свинца в стеклах ТФ на параметр Ео-

в сторону более низких энергий. При этом, как и в большинстве неупорядоченных материалов, сдвиг экспоненциального урбаховского хвоста происходит без изменения параметра наклона Е(). Полученные спектральные зависимости (рис. 7) в области границы оптической прозрачности исследуемых объектов подчиняются «стеклообразному» правилу Урбаха в формулировке (13).

Оценим изменение наклонов спектральных характеристик для всех стекол в исследуемом температурном диапазоне. При этом в стеклах 1-й подгруппы для расчета параметра беспорядка Ео используем основной урбаховский хвост. На рис. 7 для ТФ-2 он показан штриховыми линиями. На рис. 8 приведена зависимость величины параметра Е0 от содержания оксида свинца в тяжелых флинтах

при комнатной (R'l) и температуре жидкого азота (LNT). Разбросы значений параметра беспорядка, показанные на рисунке, равны 3 %.

Из рис. 8 следует, что наиболее упорядоченными являются стекла ТФ-3, ТФ-4 и ТФ-7 с промежуточным содержанием оксида свинца (30 + 35 мол. %). Спектры оптического поглощения этой подгруппы характеризуются наименьшими значениями параметра Ео < 0.1 эВ. Для всех других стекол наблюдается рост параметра £0 от 0.14 до 0.22 эВ с увеличением содержания РЬО. В соответствии с рис. 8 единую подгруппу составляют стекла ТФ с концентрацией РЬО < 30 мол. % (ТФ-1, ТФ-2, ТФ-8) и РЬО > 35 мол. % (ТФ-5, ТФ-10).

Полученные результаты вполне согласуются с диаграммой состояния тройной системы K.20-Pb0-Si02, которая является основой тяжелых флинтов. Выпадающие из линейной концентрационной зависимости составы стекол ТФ-3, ТФ-4 и ТФ-7 (рис. 8) располагаются на диаграмме состояния вблизи точки кристаллизации определенного соединения K20-4Pb0-8Si02. В свою очередь, составы остальных стекол ТФ-1, ТФ-2, ТФ-8, ТФ-5 и ТФ-10 относятся к материалам с низкой склонностью к кристаллизации (I степень) и проявляют выраженную стеклообразующую способность, что в итоге обеспечивает наиболее высокий уровень структурного беспорядка.

Температурная зависимость энергетической щели для изучаемых флинтов была проанализирована с использованием выражения Фэна (10). Экспериментальные и расчетные зависимости Eg(T) для представителей из каждой подгруппы тяжелых флинтов при а= 200 см'1 приведены на рис. 9. Полученные значения параметров для всех стекол даны в табл. 2. Для стекол 1 -й подгруппы значения параметров А и /г(й определить невозможно, поскольку функция Eg(T) фактически сводится к линейной зависимости (8), характерной для материалов различной природы при высоких температурах. Для этих стекол граница Г'лежит ниже температуры жидкого азота. В этом случае для определения ее значения необходимы дополнительные измерения в области более низких температур.

Для образцов 2-й подгруппы температурная зависимость является заметно нелинейной, а значения параметров^ и Г'близки для разных стекол. Для стекол ТФ-3, ТФ-4 и ТФ-7 значения границы Т находятся в диапазоне 130 ; 180 К. Полученные из анализа зависимостей Eg(T) эффективные энергии фононов fm~ 13

Температура, К

Рис. 9. Температурные зависимости оптической щели в стеклах: точки - эксперимент; штриховая линия - аппроксимация по соотношению (10); сплошные линии - линейная аппроксимация(8)

и 17 мэВ, ответственных за сдвиг границы поглощения, соответствуют колебаниям атомов РЬ в силикатных матрицах - 12 и 17 эВ.

Таблица 2 Параметры зависимостей Ег(Т)

Несмотря на то, что спектральное положение края поглощения исследуемых стекол ТФ обусловлено преимущественно содержанием оксида свинца, величина параметра Е0 демонстрирует наличие более сложной взаимосвязи между химическим составом и структурой стекла. В основе этой взаимосвязи лежат особенности электронного строения материала, определяющие, в частности, плотность локализованных состояний и протяженность хвостов энергетических зон. Поэтому параметр Е0 может оказаться полезным при разработке новых аморфных материалов и в совокупности с оптическими критериями по и ув выполнять классифицирующую роль, аналогичную функции традиционной диаграммы Аббе.

На рис. 10 для исследуемых стекол построена диаграмма свойств в трехмерной системе координат: показатель преломления - коэффициент дисперсии - параметр беспорядка. Плоскость основания рисунка представляет собой стандартную диаграмму Аббе, где стекла ТФ располагаются вдоль плавной кривой с минимальным коэффициентом дисперсии у0 при заданном значении показателя преломления п0. В то же время на трёхмерной диаграмме отчетливо видно, что все исследованные стекла можно разделить на аналогичные две подгруппы.

Стекло А, эВ /20), мэВ д., хЮ"4 эВ-К"1 т\ К

Подгруппа 1

ТФ-1 — - 3.50 —

ТФ-2 — — 3.60 —

ТФ-5 0.061 16 3.29 164

ТФ-8 — — 3.96 —

ТФ-10 — — 2.97 —

Подгруппа 2

ТФ-3 0.052 13 3.52 131

ТФ—4 0.078 17 4.04. 172

ТФ-7 0.079 17 3.93 177

Рис. 10. Расширенная диаграмма Аббе для

флинтовых стекол: темные точки - положения стекол ТФ в координатах по - у0-Е0; светлые точки - проекции точек трехмерной диаграммы на координатные плоскости; основание диаграммы -традиционная диаграмма Аббе; цифры -марки стекол ТФ

Указанное разделение стекол на подгруппы соответствует характерной зависимости параметра беспорядка £0 от содержания оксида свинца (см. рис. 8). Кроме того, из рис. 10 видно, что вид проекций на боковые плоскости диаграммы качественно совпадает с формой данной концентрационной зависимости. Этот факт говорит о том, что показатель преломления и коэффициент дисперсии хорошо коррелируют с содержанием оксида свинца в исследуемых стеклах. Однако наблюдаемые количественные изменения статического беспорядка в области 30 мол. % < РЬО < 35 мол.% невозможно объяснить только различием концентрации РЬО. Другими словами, в отличие от £0 характеристики традиционной диаграммы Аббе («о, Уд) не позволяют учесть в полной мере микроструктурные особенности исследуемых материалов. Например, стекла ТФ-4 и ТФ-5 располагаются рядом как на диаграмме Аббе (рис.10, плоскость «Ид-Уо»), так и на тройной диаграмме состояния, и нет оснований к их раздельной классификации. Однако, учитывая значения параметра Ео (рис. 8 и 10), ТФ-4 и ТФ-5 следует отнести к различным подгруппам.

На основе анализа зависимостей Е/Г) установлено, что исследуемые стекла из разных подгрупп проявляют и различный тип температурного поведения ширины оптической щели (см. рис. 9 и табл. 2). С одной стороны, для большинства стекол 1-й подгруппы (ТФ-1, ТФ-2, ТФ-8, ТФ-10) характерна линейная температурная зависимость в диапазоне 80 + 500 К. С другой стороны, температурное поведение границы прозрачности для всех стекол 2-й подгруппы и стекла ТФ-5 проявляет явно нелинейный характер при температурах ниже 120 К. Следовательно, ТФ-5 по температурным параметрам может быть отнесено ко 2-й подгруппе. Это согласуется с диаграммой состояний тройной системы, на которой ТФ.-5 среди флинтов 1 -й подгруппы расположено наиболее близко к области составов повышенной кристаллизации. Указанные особенности стекол свидетельствуют о тесной взаимосвязи статического беспорядка (параметр Ец) с процессами динамического разупорядочения атомов (коэффициент р) и, следовательно, могут быть отражены в рамках расширенной диаграммы Аббе, но не находят своего отражения в традиционном ее варианте. Таким образом, введение критерия беспорядка Ео в плоскую диаграмму Аббе дает дополнительные возможности для анализа комплекса электронно-оптических свойств свинцово-силикатных стекол. В принципе указанный подход может быть распространен на другие структурно-чувствительные параметры (Д То, Ея и др.), непосредственно связанные со спектром электронных состояний конкретного стеклообразного материала с учетом его практического применения.

В пятой главе изучены радиационно-оптические свойства кислород-дефицитных кристаллов оксида алюминия, при этом с позиций учета роли эффективного фононного беспорядка рассмотрены структурно-динамические эффекты, наблюдаемые в кристаллах при термостимуляции, проанализирована взаимосвязь между термофотостимулированной трансформацией спектраль-

ных характеристик и перераспределением зарядов на дефектных центрах кислородной подрешетки, выполнена оценка микропараметров центров захвата и рекомбинации, определяющих в широком температурном диапазоне кинетику термоактивационных процессов, протекающих с участием колебательной подсистемы кристалла.

Фундаментальная роль при формировании радиационных, оптических, эмиссионных и многих других характеристик анион-дефектных кристаллов а-А1203 принадлежит дефектам кислородной подрешетки F-типа. Протекание различных термофотостимулированных процессов в кристаллах а-А1203 с участием указанных центров в значительной степени определяется эффектами атомного разупо-рядочения с преимущественным динамическим вкладом. Для комплексного изучения роли структурно-динамических эффектов при формировании спектральных характеристик кристаллов оксида алюминия с использованием различных структурно-чувствительных экспериментальных методик были исследованы: температурные зависимости спектров ОП; эффекты температурного тушения фотолюминесценции кислород-дефицитных центров; параметры пиков термовысвечивания и кинетические характеристики термолюминесцентных процессов, которые в значительной степени определяются термофлуктуационными перестройками в атомной решетке; термофотостимулированные конверсионные явления, связанные с изменением зарядовых состояний центров захвата и рекомбинации в рассматриваемых многоловушечных системах.

Исследуемые анионные центры в кристаллах сс-А1203 легко перезаряжаются, например, при оптическом возбуждении. Перераспределение зарядов ведет и к изменению параметров беспорядка, а значит, должно проявляться в изменении спектральных характеристик изучаемых кристаллов. В диссертации было рассмотрено влияние процессов конверсии F => F '-центров на оптические и люминесцентные свойства монокристаллов аЛ1203. Установлено, что форма спектров оптического поглощения для анионно-дефектного оксида алюминия в исходном состоянии и после УФ-воздействия хорошо описывается набором из четырех независимых пиков гауссовой формы (рис. 11). При этом известные полосы с максимумами Ет и полуширинами Я (при 293 К): G4 (Е„ = 4.82 ± 0.05 эВ и H = 0.65 ± 0.08 эВ) и G3 (Еа = 5.36 ± 0.05 эВ и Я = 0.31 ± 0.04 эВ) связаны с электронно-оптическим переходам на Р+-центрах. В то же время нами было показано, что полоса 6.05 эВ может быть представлена в виде суперпозиции гаус-сианов G1 (Ет = 5.93 ± 0.06 эВ и Я = 0.46 ± 0.05 эВ)и G2 {Ет = 6.26 ± 0.06 эВ и Я = 0.70 ± 0.05). Для количественной оценки основных микропараметров центров, ответственных за полосы G1 и G2, в рамках модели динамического беспорядка с линейной электрон-фононной связью было проанализировано влияние температуры на поведение полосы 6.05 эВ в спектрах ОП кристаллов а-А1203 с кислородным дефицитом.

На основании измерений оптических спектров поглощения а-А1203 в диапазоне Т= 80 + 515 К было установлено, что с увеличением температуры интенсивность полосы падает, а ее полуширина растет. Этот факт вполне согласуется с традиционным поведением кристаллов в условиях нагрева и доминирования динамического атомного беспорядка. В то же время положение максимума Ет не сдвигается в область более низких энергий, как это происходит в большинстве кристаллических материалов. Был сделан вывод о том, что несимметричная форма полосы 6.05 эВ и температурно-независимое поведение Ет обусловлены конкуренцией нескольких электронно-оптических переходов в данной области спектра.

С учетом сказанного выше экспериментальные спектры были разложены на суперпозицию неза-

4,20

|.о §

О 15. С H X

g 10-i

•e

О «

4 5 6

Энергия фотонов, эВ

Рис. 11. Спектры ОП в а-АЬОз, измеренные

при комнатной температуре: а) до и б) после возбуждения нефильтрованным УФ-светом в течение 45 минут при Г = 650 К

висимых гауссианов. При этом было получено два набора пиков - 01 и в2 (см. рис. 11), которые наиболее точно воспроизводят наблюдаемую форму полосы 6.05 эВ при всех температурах. Показано, что при низких температурах (84 К) пики четко разделяются, а при температурах, больших ЯТ, пик 01 полностью перекрывается пиком 02. Следовательно, при высоких Т поведение полосы 6.05 эВ определяется доминирующим максимумом в2. Положения максимумов обеих гауссовых компонент с ростом температуры сдвигаются в область более низких энергий, как это и должно происходить в динамически разупорядоченном кристалле. С этой точки зрения отсутствие сдвига у полосы 6.05 эВ не выглядит аномальным, а является результатом комплексного поведения двух перекрывающихся оптических пиков, связанных с различными поглощающими центрами.

В рамках доминирования динамического типа атомного беспорядка в кристаллах наблюдаемый сдвиг положения максимума Е„ с ростом Т описывается выражением Фэна(Ю) для изменения ширины энергетической щели при фонон-индуцированном смещении уровней (с энергией фононов В свою очередь,

температурная зависимость полуширины пика описывается широко известным выражением:

Н2 (Т) = Н2 (0){2(пь) + \), (16)

где Я(0) - полуширина пика при нулевой температуре, (пь) - фактор Бозе-Эйншгейна для фононов с энергией Лщ, ответственных за уширение электронных уровней. Выражение (16) описывает процессы однородного уширения полосы, которые наряду со смещением максимумов обусловлены тепловым беспорядком.

На рис. 12 для пиков 01 и 02 приведены аппроксимации экспериментальных характеристик Е„{Т) и Н{Т) с использованием выражений (10) и (16). Видно, что расчетные кривые хорошо описывают Рис. 12- Температурные зависимости спек-наблюдаемые зависимости. В табл. ^.льных характеристик пиков 01

3 приведены значения параметров, симюлы " результаты эи:перимвнпль||ых полученные при аппроксимации. оценок; сплошные кривые - результаты ап-

Обратим внимание, что значе- проксимации по выражениям (10) и (16) ния На>ь- 52 и 41 мэВ близки к энергиям акустических колебаний в а-А1203 - 54 и 47 мэВ. Кроме того, в рамках используемой однофононной модели и с учетом гауссовой формы пиков можно оценить факторы Хуанга-Рис: #2(0)/(^й>(,)281п2. Полученные значения (табл. 3) согласуются с оценками других авторов, сделанными при изучении температурных зависимостей ФЛ Р+-центров в а-А1203. В диссертации на основании сравнительного анализа наших результатов с многочисленными данными из независимых работ был сделан следующий вывод: пик 02 обусловлен поглощением Б-центров; характеристики пика в1 близки к аналогичным параметрам Р+-центров.

Для анализа роли динамических эффектов при формировании излучательных характеристик анионных центров были проанализированы механизмы температурного тушения люминесценции (ТТЛ) центров Р-типа в оксиде алюминия, которые определяют механизмы оптически стимулированного перераспределения носителей заряда в объеме кристалла. В связи с этим интерес представляет исследование ТТЛ анионных центров в кристаллах а-АЬОз в зависимости от их энергетического и термодинамического состояния. Было проанализировано

Температура, К

влияние УФ-возбуждения кристаллов оксида алюминия на параметры температурного тушения свечения Р- и Г'-центров.

Таблица 3 Параметры, полученные из анализа температурного поведения пиков ОП в а-А1?03

Температурные зависимости люминесценции 3.0 эВ Р-центров (возбуждение 5.9 эВ) и 3.8 эВ Б'-центров (возбуждение 4.8 эВ) в монокристаллах а-АЬОз, подвергнутых предварительной УФ-обработке различной длительности гехс = 1 30 мин при температуре 650 К, регистрировали при стационарном возбуждении в режиме охлаждения со скоростью 3 К/с.

Установлено, что с ростом /е,с область тушения свечения в обеих полосах смещается к более высоким температурам, а интенсивность фотолюминесценции в диапазоне ЛТ + 370 К возрастает. Для анализа полученных результатов использовали соотношение для температурной зависимости интенсивности люминесценции в присутствии излучательного и безызлучательного каналов релаксации:

' Е V

Пара- Пикв! Пик 02

метры (Р+-центр) (Р-центр)

ЕМ, эВ 5.98 6.27

мэВ 33 ±2 21 ±2

Л, эВ 0.18 ±0.03 0.06+ 0.01

Г, К 342 218

Мь, мэВ 52 ±2 41+2

Н( 0), эВ 0.36 0.55

8.26 35.8

Д/А, 1.37 0.37

ДГ)=/,

1 + 5 ехр

кТ

(17)

где /о - интенсивность люминесценции в отсутствии тушения; - безразмерный предэкспоненциальный множитель; к - постоянная Больцмана; Еч - энергия активации тушения. Результаты аппроксимации кривых тушения с использованием выражения (17) показали хорошую корреляцию (Л2=0.9!)) между расчетными и экспериментальными зависимостями.

Значения параметров ТТЛ И-центров = 1.7-1012 и Еч- 1.07 эВ, полученные с использованием (17) для исходного состояния кристалла, находятся в хорошем согласии с данными других авторов. Однако с увеличением времени 4<с значения этих параметров одновременно уменьшаются. При этом характеристики тушения связаны между собой компенсационным соотношением (рис. 13):

5 = Б0 ехр

кТ,

(18)

Здесь So - константа; Т, - изокинетическая температура, которая определяется по наклону линейной зависимости на рис. 13. Зависимость (18) характеризует наличие компенсационного эффекта в исследуемых процессах. В процессах ТТЛ кристаллов оксида алюминия компенсационный эффект обусловлен механизмами внешнего тушения и наблюдался нами впервые.

Аппроксимация экспериментальных данных на рис. 13 дает значения параметров компенсационного эффекта для свечения Б-центров в кислород-дефицитном оксиде алюминия - 50 = 0.022 и Т, = 384 К. Величина 50 = 0.022 обусловлена конфигурационным (статическим) и колебательным (динамическим) „ „

, Рис. 13. Взаимосвязь между параметрами темпера-

вкладами в общее изменение __ , А „ п

^ турного тушения ФЛ 3.0 и 3.8 эВ в а-

энтропии образца в процессе АЬОз'-

тушения люминесценции, символы - экспериментальные оценки; ¿плотные При этом соотношение ме- линии-аппроксимациявыр. (19).

Приведены соответствующие 1ехс жду указанными вкладами 1 1

меняется вместе с изменением энергетического состояния термодинамической системы «Р-центры - электронные ловушки» в результате УФ-воздействия, ведущего к эффективной Б =» Реконверсии. Величина Т, характеризует температуру, при которой скорость безызлучателышй релаксации" возбужденного состояния Р-центра является одинаковой независимо от термодинамического состояния образца.

Рассчитанные с использованием выражения (17) значения параметров температурного тушения люминесценции Р+-центров для исходного состояния образца составляют = 3.0-106 и Еч = 0.59 эВ. С увеличением времени величины Бч и Ед для полосы 3.8 эВ, как и в случае свечения 3.0 эВ, согласованно уменьшаются. Однако наблюдаемый диапазон изменений существенно меньше (см. рис. 13). Малый разброс значений параметров обусловлен доминирующим вкладом внутрицснтровых механизмов в процессы температурного тушения свечения 3.8 эВ. Тем не менее, также наблюдается компенсационный эффект (см. рис. 13) с параметрами 50 = 0.075 и Т, = 394 К.

Для наглядности на рис. 14 экспериментальные и расчетные температурные зависимости интенсивности свечения в обеих полосах представлены в аррениу-совых координатах. Для свечения 3.0 эВ наблюдается характерный веер - в пределах ошибки эксперимента все аппроксимирующие прямые пересекаются в од-

ной точке при температуре Tt. Веерообразное изменение наклона активационных кривых в аррениусовых координатах свидетельствует об изменении параметров доминирующего, т.е. динамического, типа атомного разупорядочения. Характерный компенсационный веер для свечения 3.8 эВ на рис. 14 является более узким, чем для F-центров. Этот факт, на наш взгляд, служит еще одним подтверждением малого вклада внешних механизмов в процессы температурного тушения люминесценции Р+-центров.

Отметим, что величина изоки-нетической температуры для F+-центров сдвинута в высокотемпературную область в сравнении со значением этого параметра в люминесценции F-центров. Характерно, что аналогичный сдвиг наблюдается и для положений TJI пика в области 450 К, регистрируемого в указанных спектральных областях. Поскольку процессы ТТЛ активно протекают в области температур указанного пика, можно сделать вывод о возможных проявлениях компенсационного эффекта и в процессах термолюминесценции 3.0 и 3.8 эВ УФ-возбужденных кристаллов оксида алюминия.

Известно, что ТЛ пик 450 К в

а-АЬОз неэлементарный и в спек- Рис. 14. Аррениусовские графики для темпе-

тре свечения присутствуют полосы, ратурного тушения ФЛ 3.0 and 3.8

соответствующие F- и Р+-центрам. эВ в монокристаллах а-А1203 по-

„ „ слеУФ-обработки:

При этом характеристики и особен- символы _ эксперимент. сплошные линии _

ности поведения ТЛ кривых в об- аппроксимация выр. (18). ласти свечения Р+-центров изучены Показаны соответствующие tgxc и изокинети-в значительно меньшей степени. ческие температуры. Нами впервые был выполнен экспериментально-теоретический анализ кинетических параметров ТЛ пиков анионно-дефектных кристаллов а-АЬОз в полосе свечения 3.8 eV в широких интервалах температур 300 - 900 К и доз Р-облучения 0.05 + 75 Гр. Оценка кинетических параметров сложных пиков выполнялась с использованием уравнения формальной кинетики общего порядка для термостимулированной люминесценции. Обнаружено, что при высоких дозах D > 10 Гр присутствует 6 пиков ТЛ, наиболее интенсивным среди которых является пик вблизи 835 К.

v\| • исх.

\ О 5 мин

1. ^¡jV 10 мин

А 15 мин

- 20 мин

,3.0эВ Т. = 384 к I . 1 ..-■-Т1-- 1

-1

1000/Т(1С)

Используя описанные выше результаты по фотоконверсии и температурному тушению люминесценции анионных центров, нами была предложена кинетическая модель механизмов ТЛ в кислород-дефицитных кристаллах а~А120з. С использованием численных методов и разработанного пакета «ТОвЬ» были проанализированы характеристики термостимулированного свечения для системы ловушек в присутствии компенсационного эффекта и в зависимости от исходной концентрации Их центров свечения и от соотношения А ¿А/, между скоростями повторного захвата и рекомбинации. Анализ полученных значений модельных микропараметров в сравнении с независимыми данными других авторов показал, что рассмотренные факторы оказывают заметное влияние на термолюминесцентные свойства а-А120з, а также позволяют интерпретировать наблюдаемый разброс характеристик ТЛ-пиков (полуширина, температура максимума, площадь под пиком) от образца к образцу.

Шестая глава посвящена оценке локальных параметров динамического фо-нонного беспорядка, которые характеризуют специфические дефектные искажения в атомной решетке кристаллов М^О и а-А1}03; проанализированы проявления данного колебательного беспорядка в многостадийных механизмах термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ) в ходе делокализации и транспорта свободных носителей зарядов; на основе принципов генетического моделирования разработаны базовые положения для численного описания ТЛ процессов в твердых телах с доминирующим атомным разупорядочением динамического типа.

Исследование эффектов динамического беспорядка напрямую связано с изучением роли фононной подсистемы кристаллических структур на различных этапах протекания элементарных и сложных термоактивационных процессов, таких как ТЛ и ТСЭЭ. При этом оценку эффективной энергии фононов и собственно расчет динамики кристаллической решетки можно рассматривать как количественный анализ характеристик беспорядка в динамически разупорядочен-ных системах.

Для оценки параметров фононного беспорядка на начальном этапе с использованием рекурсивного метода и разработанного нами программного модуля «ЬосУЛ» были проведены расчеты полной плотности состояний (ЮТС) в идеальных кристаллах М§0 и а-А120з. В оксиде магния полученные результаты сравнивались с интегрированием по зоне Бриллюэна. Показано, что наш расчет хорошо описывает границы спектра. Наблюдаемое сужение в низкочастотной области, вероятно, связано с использованием кластера конечных размеров. Для оксида алюминия рассчитанная нами ППС фононов сравнивалась с независимыми экспериментальными данными по неупругому рассеянию нейтронов. Наилучшая корреляция между теоретическими и экспериментальными данными наблюдается в низкочастотной области ППС вплоть до 14 ТГц. Кроме этого, данные нейтронных измерений совпадают с результатами наших расчетов в высокочастотной области

спектра более 17 ТГц. Все это подтверждает корректность используемых параметров оболочечной модели и потенциалов межионных взаимодействий.

Далее с использованием рекурсивного метода и модуля «ЬосУПэ» была проанализирована динамика решетки кристаллов М§0 и а-А1203 с И- и центрами. Влияние заряженных и нейтральных относительно решетки электронных центров на колебательные спектры оксидов исследовали путем расчета симметризованных локальных плотностей колебательных состояний (ССЛПС). Плотности рассчитывали для идеального и дефектного кристаллов, которые моделировали кластерами, содержащими 1000 ионов. Были рассчитаны ССЛПС, спроецированные на две координационные сферы вблизи ионов О2" в идеальной решетке или около Б1- и Р-центроп в дефектной решетке. Особенности ССЛПС дефектного кристалла, отличные от особенностей ССЛПС идеального кристалла, идентифицировали как резонансные колебания, индуцируемые точечными нарушениями.

Положение ионов кислорода в кристалле а-АЬОз относится к группе точечной симметрии С2. С ионом О и четырьмя ионами А1 связано 15-мерное пространство атомных смещений, которое разбивается на неприводимые одномерные представления точечной группы С2. После исключения из рассмотрения вращений и трансляции, для указанной области остается девять колебаний 5А + 4 В.

Полученные ССЛПС ионов алюминия из ближайшего окружения были просуммированы для симмегрий А к В. В табл. 4 приведены расчетные значения частот локализованных колебаний, индуцируемых в кристаллах а-А1203 кислородными вакансиями в различных зарядовых состояниях. Наблюдаются различия в числе и количественных значениях частот наведенных резонансных колебаний. Видно, что для Б- и Р+-центров колебания симметрии В являются более высокочастотными.

Выполненные нами и описанные в главе 5 измерения позволили сделать лишь оценку усредненной частоты колебаний в рамках однофононного приближения. Тем не менее, расчетные и экспериментальные оценки вполне согласуются (см. табл. 3 и 4). Обсуждаемое согласие вполне оправдано с точки зрения доминирующего вклада локализованных колебаний в динамику процессов с участием дефектов неидеальной решетки. С учетом этого и на основании выполненных расчетов можно сделать вывод о том, что эффективные колебания, от-

Таблица 4

Частоты локализованных колебаний

анионных центров _в исследуемых оксидах_

Тип Частота (ТГц)

о а О Симметрии Р-центр Р*-центр

10.5 8.4

т О 14.7 11.1

1 В 14.3 21.3 23.5 20.8 23.2

МёО 11.79 8.46

Тг* 17.3 17.1

Ты — 9.36

ветственные за спектрально-температурное поведение оптической полосы 6.05 эВ в а-АДОз, обусловлены преимущественно индуцированными локализованными колебаниями симметрии А на атомах алюминия 1-й и 2-й координационных сфер около Р+- и Р-центров.

В MgO (точечная группа О/,) расчеты колебаний Б- и Р+-центров проводили для типов симметрии А^ Е^ Т^ и 77„, так как колебания симметрии А^, Е^ Т2% активны в Рамановском рассеянии, а Т/и - в ИК-поглощении. На рис. 15 для примера приведена симметризованная (А /¡) локальная плотность состояний для Р-центра в кристалле Гу^О, спроектированная на 1-ю координационную сферу.

На рис. 15 четко выделяется резонансное колебание на частоте 11.79 ТГц, которое индуцировано присутствием в кристалле Р-центра. Согласно нашим расчетам, основной вклад в элекгрон-фононное уширение уровней оптических переходов вносят не резонансные колебания Р-центра, а фононы акустической ветви, связанные, по всей видимости, с более тяжелыми ионами М§ из 1-й координационной сферы анионного центра. Итоговые данные наших расчетов в табл. 4 для других типов симметрии демонстрируют, что большинство резонансных колебаний, индуцируемых в кристаллах М^О р- и Р+-центрами, лежат в высокочастотной области фононного спектра.

Для анализа роли дефектных колебаний в процессах освобождения носителей заряда с центров захвата было проведено моделирование экспериментальных кривых ТСЭЭ в анионно-дефектных кристаллах М§0 при многофононной ионизации с учетом наведенного при облучении в приповерхностных слоях оксида электрического поля. При расчетах кривых ТСЭЭ в М§0 с Р- и Р+-центрами использовали частоты полносимметричных колебаний А^. В результате аппроксимации эмиссионных пиков установили, что константа электрон-фононной связи оказалась больше для Р+-цетра, ТСЭЭ пик которого лежит при более высоких температурах. Полученное увеличение параметра связи подтверждается также результатами неэмпирического расчета электронной структуры Р-и Р+-центров в 1^0. В диссертации было показано, что при переходе от Б- к Р+-центру происходит увеличение абсолютного смещения атомов в дефектной области за счет роста величины электрон-фононной связи. Выполненные расчеты позволили уточнить оценку термической глубины изучаемых ловушек.

Рис. 15. ССЛПС для кристалла М§0 с Р-

центром (Л/я): сплошная линия - идеальный кристалл; штриховая линия - приращение ССЛПС в дефектном кристалле

Кроме того, в рамках используемой модели многофононной ионизации (Яс-сиевич, Перель и др.) были рассчитаны температурные зависимости стартовой энергии делокализованных электронов для разных значений наведенного в приповерхностном слое кристалла М£0 электрического поля. Выбранный температурный диапазон 300 + 450 К соответствовал границам пика ТСЭЭ, связанного с Р-центром в кристалле N^0. В области выше 370 К теоретические зависимости удовлетворительно описывали экспериментальные данные. Расхождение, наблюдавшееся в низкотемпературной области пика ТСЭЭ, было обусловлено рядом причин, среди которых можно назвать, например: вклад в эмиссионный ток объемных центров и необходимость учета стадии транспорта при теоретических расчетах; наличие механизмов делокализации, отличных от термоионизационных и т.д.

Любые термоактивационные процессы, к которым относятся и ТЛ и ТСЭЭ, протекают с участием фононной подсистемы кристалла. Для описания их термо-стимулированных механизмов используются системы дифференциальных кинетических уравнений, которые решаются традиционными численными методами с достаточно высокой степенью точности. В то же время дополнительная трудность заключается в поиске оптимальных решений, наилучшим образом описывающих результаты эксперимента. Минимизируемая функция, которая характеризует качество аппроксимации, является многомодальной, нелинейной, пространство поиска зачастую обладает большой размерностью. Необходимая производная такой функции может быть вычислена, как правило, только приближенно. Традиционные методы оптимизации в указанных условиях обладают рядом недостатков: скатывание к локальным минимумам (локальные методы), длительное время расчета (методы перебора и методы случайного поиска), ограничения применимости принципиального характера (градиентные методы, метод ветвей и границ)'. Все вышеперечисленное является серьезным препятствием для традиционных подходов при решении оптимизационных задач для анализа тер-мостимулированных процессов, а значит, ставится под вопрос достоверность выполненных количественных оценок.

С другой стороны, эти же самые факторы являются характерными предпосылками для применения глобальных эвристических методов поиска. В качестве альтернативы для решения указанных задач нами был предложен эволюционный подход на основе применения генетических алгоритмов (ГА). ГА - это итеративная процедура эволюционного развития, которая работает с популяцией особей-решений, трансформируя ее во времени с помощью имитации естественного отбора - скрещивания, наследования, изменчивости и т.д.

Перед разработкой программных модулей была проведена адаптация понятий и процедур, задействованных в генетических алгоритмах применительно к моделированию механизмов ТЛ. В диссертационной работе была продемонстрирована возможность использования ГА для аппроксимации кривых ТЛ на при-

мере базовых физических моделей термолюминесценции в кристаллах: одноло-вушечная («one trap - one recombination center», OTOR) и системы конкурирующих («interactive multitrap system», IMTS) и неконкурирующих («non-interactive multitrap system», NMTS) ловушек. Указанные зонные схемы лежат в основе многих известных моделей TJI процессов в оксидах - Si02, а-АЬОз, ВеО и др. Была построена и успешно протестирована вычислительная процедура на базе ГА для численного поиска оптимальных решений систем кинетических уравнений. Для оценки эффективности работы ГА в качестве «экспериментальных» пиков использовались кривые, рассчитанные для случайно выбранных зонных моделей с заранее заданными параметрами. В качестве примеров на рис. 16 приведены результаты генетического моделирования для рассматриваемых базовых схем. Видно, что расчетные кривые (сплошные линии) с высокой степенью точности описывают искомые «экспериментальные» данные (символы).

Перспективным представляется также использование эволюционных алгоритмов для подбора оптимальной структуры самой модели (количества ловушек и рекомбинационных центров, типа ловушек, наличия взаимодействия, учет различных механизмов и т.д.). Такой подход может оказаться полезным как при изучении свойств уже известных материалов, так и при первичном описании кинетики в новых, мало изученных термолюминесци-рующих кристаллах. Подробные результаты генетического моделирования TJI процессов в кристаллах приведены в диссертации.

В Заключении содержатся итоговые выводы и дано обобщение основных научных результатов, полученных при выполнении настоящей диссертационной работы.

400 500

Температура, К

Рис. 16. Примеры аппроксимации ТЛ кривых с использованием генетического алгоритма:

символы - «экспериментальные» данные, полученные в рамках указанных базовых моделей; сплошные линии - результаты аппроксимации.

ВЫВОДЫ

ния равновесия, которые характеризуют тепловые {иг)т и «замороженные» (и2)х фононы. Указанные смещения через деформационные потенциалы 2-го порядка связаны с энергией структурного беспорядка, проявления которого наблюдаются в спектрах оптического поглощения. На основе представления об эквивалентности разных типов беспорядка в атомной решетке продемонстрирована реализация «кристаллической» и «стеклообразной» форм правила Урбаха в системах с различным типом доминирующего разупорядочения. Результаты сравнительного анализа наклонов урбаховских хвостов в оксидных материалах хорошо согласуются с условием (и2)х > (и2)т, которое определяет применимость модели «замороженных» фононов в стеклах. Установлено, что эмпирический параметр Го представляет собой высокотемпературную (7" < Т < Тг) характеристику собственного поглощения в стеклах и отражает проявление статического беспорядка в температурной части «стеклообразного» правила Урбаха. Для ряда практически важных стеклообразных систем (силикатной, германатной, фосфатной) рассчитаны значения параметра То и коэффициента /3 ширины энергетической щели, сделаны оценки нижней границы Г'для применимости высокотемпературного варианта «стеклообразного» правила Урбаха.

2. Выполнен анализ выражения Фэна для температурной зависимости ширины энергетической щели Ее{Т) материала, получаемого в рамках однофононного приближения. Показано, что оно вполне применимо для описания зависимости Е^Т) и оценки параметров динамического беспорядка в аморфных материалах, где вследствие структурного беспорядка края энергетических зон размыты и имеются протяженные хвосты плотности состояний. Продемонстрирована связь выражения Фэна с другими известными способами описания Ее(Т) как в кристаллических, так и в стеклообразных материалах. Сформулированы ограничения для применимости известного полуэмпирического соотношения Варшни, также широко используемого при описании температурного поведения ширины энергетической щели в твердых телах. Предложен полуэмпирический критерий для определения границы Т', которая условно разделяет линейный и нелинейный участки зависимости Е%(Т). Обсуждаемый критерий является достаточно строгим и носит общий характер как для упорядоченных, так и для неупорядоченных структур. Выполнена оценка параметра 7" для ряда материалов различной природы и продемонстрирована его корреляция с температурой Дебая. С использованием фундаментального выражения Фэна предложена новая формулировка «стеклообразного» правила Урбаха, которое применимо для анализа поведения собственного края поглощения стекол и неупорядоченных структур в широком температурном диапазоне, а в пределе высоких температур кТ » На сводится к известной форме правила Урбаха. Предложенная модификация позволяет анализировать и выполнять количественную оценку параметров динамического беспорядка в системах с доминирующим вкладом статического беспорядка в общее атомное разупорядочение.

3. На основе комплексных исследований спектров УФ-поглощения кристаллов берилла, облученных потоками быстрых нейтронов 1014 + 1019 см"2, установлено, что с ростом флюенса частиц для примесной абсорбционной полосы с переносом заряда наблюдается характерное веерообразное уширение длинноволнового края. Экспериментальные данные интерпретированы в приближении наведенного квазидинамического беспорядка с использованием развитого нами формализма. Выполнена оценка отношения Д\!К констант деформационного потенциала 2-го порядка, связанного со статическим разупорядочением решетки кристаллов ВезАЬЗ^О^ вследствие облучения потоками быстрых нейтронов. Экспериментально продемонстрирована линейная связь Ег(Ец) между шириной энергетической щели и урбаховской энергией. Продемонстрировано, что величина флюенса нейтронов может быть поставлена в соответствие вполне определенной равновесной температуре структурного разупорядочения, а наблюдаемая в исследуемых объектах модификация оптических спектров под действием нейтронов успешно анализируется в рамках принципа эквивалентности статического и динамического беспорядков. При данном подходе анализируемые эффекты радиационного повреждения структуры и изменения свойств берилла рассмотрены как результат формирования индуцированного квазидинамического беспорядка.

4. Вблизи собственного края УФ-поглощения в интервале температур 80 470 К проанализировано поведение оптических спектров стекол свинцово-силикатной системы в широких пределах варьирования состава от 1 до 80 мол.% оксида свинца: натриево-сисликатные образцы с малой добавкой РЬО; модельные бинарные стекла РЬО-БЮг с переменным содержанием свинца; многокомпонентные промышленные стекла класса ТФ. Для интерпретации экспериментальных спектральных зависимостей использована предложенная нами формулировка модифицированного правила Урбаха. Показано, что спектральные и температурные параметры модифицированного правила Урбаха являются структурно-чувствительными, а их концентрационное поведение отражает изменение типа ближнего порядка в стеклообразной матрице исследуемых объектов. Получена экспериментальная концентрационная зависимость величины Ео, характеризующей степень разупорядочения атомной структуры. Установлены наиболее упорядоченные и разупорядоченные с данной точки зрения бинарные и поликомпонентные свинцовосиликатные стекла. Анализ спектров собственной фотолюминесценции концентрационного ряда бинарных стекол РЬ0-.Ч102 в диапазоне ЬМТ-^ ИТ с использованием двух известных законов температурного тушения показал, что и соотношение Мота, и соотношение Стрита хорошо описывают наблюдаемые зависимости. Тем не менее, предпочтение было отдано модели Стрита как наиболее вероятной.

5. Предложено разделение стекол класса ТФ на две подгруппы с учетом параметра урбаховской энергии, обоснованное с использованием тройной диа-

граммы состояний для системы К20 - РЬО - Si02. Эти результаты дают основание полагать, что общепринятая классификация оптического стекла с использованием диаграммы Аббе не может считаться полностью универсальной. Для научно обоснованного проектирования прецизионных оптических сред с заданными спектральными характеристиками требуется дополнительный учет количественных структурных факторов атомного беспорядка. Выделенные подгруппы тяжелых флинтов существенно различаются также по температурному поведению УФ-края поглощения. С одной стороны, для стекол ТФ-1, ТФ-2, ТФ-8 и ТФ-10 характерна линейная температурная зависимость в диапазоне 80 - 515 К. С другой стороны, температурное поведение границы прозрачности для стекол ТФ-3, ТФ-4, ТФ-7 проявляет явно нелинейный характер при температурах ниже 130 К. Указанные особенности свидетельствуют о тесной взаимосвязи статического беспорядка в структуре с процессами динамического разупорядочения атомов, определяющими свойства границы оптической прозрачности стекол.

6. Изучено спектрально-температурное поведение полосы оптического поглощения 6.05 эВ в монокристаллах кислород-дефицитного оксида алюминия в интервале 80 + 500 К. На основе модели динамического атомного беспорядка с линейной электрон-фононной связью подтверждено, что данная полоса является суперпозицией селективных компонент гауссовой формы, обусловленных поглощением на F- и Р+-центрах. На основании полученных результатов интерпретирована трансформация спектров поглощения для кристаллов с доминирующим содержанием Р+-центров. С использованием соотношений, связывающих параметры динамического атомного беспорядка, проведена аппроксимация температурных зависимостей для спектральных характеристик пиков. Получены значения энергий эффективных фононов, ответственных за уширение и смещение максимумов обоих пиков. Представлены результаты систематического исследования термостимулированной фотоконверсии F=>F+-ncirrpoB в кристаллах

a-AlA-

7. Установлено, что монокристаллы кислород-дефицитного оксида алюминия, подвергнутые предварительной фототермической обработке, характеризуются различными параметрами температурного тушения фотолюминесценции F и Р+-центров, которое обусловлено эффектами доминирующего динамического атомного беспорядка. При изучении процессов тушения впервые наблюдался компенсационный эффект, связанный с согласованным уменьшением значений энергии активации и предэкспоненциального множителя с ростом времени УФ-возбуждения кристаллов. Наблюдаемый эффект обусловлен изменением соотношения между динамическим (колебательным) и статическим (конфигурационным) вкладами в величину общей энтропии кристаллической решетки. На основе полученных данных сделана оценка изокинетических температур для тушения люминесценции с участием F- и Р+-центров. Применительно к анализу механизмов ТЛ в кристаллах a-Al203 модифицирована модель для многолову-

шечной системы с учетом температурного тушения в присутствии компенсационного эффекта.

8. С использованием разработанного программного обеспечения выполнены оценки параметров локального динамического беспорядка в анионно-дефектпых оксидах магния и алюминия. В рамках оболочечной модели с использованием рекурсивного метода проведены расчеты полной плотности фононных состояний для идеальных кристаллов. Для разупорядоченных кристаллов А120з и MgO выполнено моделирование симметризованных локальных плотностей фононных состояний, спроецированных с учетом групп точечной симметрии на смещения катионов, ближайших к анионному центру в различном зарядовом состоянии. Продемонстрировано, что основной вклад в энергию эффективных фононов, ответственных за смещение и уширение энергетических уровней анионных центров в оксиде алюминия, принадлежит индуцированным колебаниям симметрии А на ионах алюминия из ближайших координационных сфер.

9. С учетом рассчитанных частот локализованных колебаний, являющихся характеристиками динамического беспорядка в атомной решетке, выполнено моделирование термостимулированной экзоэлектронной эмиссии в кристаллах MgO с F- и Р+-центрами. В рамках модели многофононной ионизации ловушек во внутреннем электрическом поле диэлектрика, наведенном при облучении, уточнены оценки термической глубины рассматриваемых центров, определены температурные зависимости значений начальной энергии делокализованных электронов для разных напряженностей наведенного электрического поля. С учетом квантово-механического эффекта уширения энергетических уровней частиц, численными методами изучена термапизация делокализованных электронов в кристаллах оксида магния на стадии транспорта носителей заряда в процессах ТСЭЭ, что позволило интерпретировать появление протяженных хвостов в энергораспределении экзоэлектронов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Weinstein I.A., Vokhmintsev A.S., Kortov V.S. «Compensation effect in thermoluminescence ofTLD-500» // Radiation Measurements. 2008. V. 43, № 2-6. P. 259-262.

2. Weinstein I.A., Popko E.A. «Evolutionary approach in the simulation of thermoluminescence kinetics» //Radiation Measurements. 2007. V. 42, № 4-5. P. 735 - 738.

3. Kislov A.N., Weinstein I.A., Vohmintsev A.S. «Resonance vibrations of F- and F+-centers in a-Al203 crystals» // J. Physics: Conférence Sériés. 2007. V. 92. 012144-1 - 4.

4. Weinstein LA., Kortov V.S., Vohmintsev A.S. «The compensation effect during luminescence of anion centers in aluminum oxide» // J. Luminescence. 2007. V. 122- 123. P. 342-344.

5. Weinstein I.A., Popko E.A. «The simulation of TL processes in а-А120з using different ratios between parameters of trapping and luminescent centers» // J. Luminescence. 2007. V. 122 - 123. P. 377 - 380.

6. Orozbek uulu Askar, Weinstein I.A., Slesarev A.I., Kortov V.S. «Kinetic features of thermoluminescence in oxygen-deficient crystals of aluminum oxide» // Известия вузов. Физика. 2006. №10 Приложение. С.138 - 140.

7. Вайнштейн И.А., Попко Е.А. «Генетический поиск модельных параметров при аппроксимации кривых термолюминесценции» // Письма в ЖТФ. 2006. Т.32, вып. 12. С. 56 - 62.

8. Вайнштейн И.А. Зацепин А.Ф. «Расширенная диаграмма Аббе для тяжелых флинтов» // Физика и химия стекла. 2006. Т.32, № 2. С. 188 - 194.

9. Кортов B.C., Орозбек уулу Аскар, Вайнштейн И.А. «Особенности кинетики термолюминесценции в дозиметрических кристаллах оксида алюминия» // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. Т. 73, № 2. С. 187 - 190.

10. Kortov V.S., A. Orozbek uulu, Weinstein I.A. «The thermoluminescence kinetics of3.8-eV band in an ion-defective alumina» //Eurasian Physical Technical Journal. 2006. V.3, No. 1(5). P. 35-38.

11. Вайнштейн И.А., Вохминцев A.C., Кортов B.C. «Особенности температурного тушения фотолюминесценции 3.0 eV в монокристаллах а-АЬОз» // Письма в ЖТФ. 2006. Т.32, вып. 2. С. 21 -27.

12. Попко Е.А., Рогович В.И., Вайнштейн И.А. «Структура системы управления знаниями для оценки адекватности моделей в АСНИ» // Вестник УГТУ-УПИ. 2005. спец.выпуск. С. 77 - 81.

13. Weinstein I.A., Pelenyov V. Е., V. S. Kortov, Orozbek uulu Askar «Specific features of 3.8-eV emission in TL spectra of oxygen-deficient corundum» // Physica status solidi (c). 2005. V. 2, No. 1. P.523 - 526.

14. Вайнштейн И.А. Зацепин А.Ф. «Влияние структурных факторов на край оптического поглощения тяжелых флинтов» // Физика и химия стекла. 2004. Т. 30, №6. С. 662-668.

15. Попко Е.А., Орозбек уулу Аскар, Вайнштейн И.А., Кортов B.C. «Учет температурного тушения при моделировании параметров ТЛ-пиков в а-А1203» // Вестник УГТУ-УПИ. 2004. спец.выпуск. С. 145 - 147.

16. Weinstein I.A., Pelenyov V.E. «F- => to F+-centers transformations in mechanisms of sensitization of TLD-500» // Radiation Measurements. 2004. V. 38, № 4-6. P. 421-425.

17. Weinstein I.A., Zatsepin A.F. «Modified Urbach's rule and frozen phonons in glasses» // Physica status solidi (c). 2004. V. 1, No. 11. P. 2916 - 2919.

18. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S. «The effect of thermally stimulated photoconversion of oxygen centres on the sensitivity of TLD-500 dosimetric crystals» // Radiation Protection Dosimetry. 2002. V. 100 N 1-4. P. 159 -162.

19. Weinstein I.A., Kortov V.S. «The shape and the temperature dependence of the main band in UV absorption spectra of TLD-500 dosimetric crystals» // Radiation Measurements. 2001. V. 33, № 5. P. 763 - 767.

20. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C. «Квазидинамический структурный беспорядок, индуцированный быстрыми нейтронами в кристаллах Be3Al2Si60i8» // Физика твердого тела. 2001. Т.43, № 2. С. 237-241.

21. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Kortov V.S. «Effects of structural disorder and Urbach 's rule in binary lead silicate glasses» // J. Non-Crystalline Solids. 2001. V.279, № 1, P. 77- 87.

22. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Kortov V.S. «Effect of the type of atomic disorder on spectral characteristics of photoemitters» // Latvian Journal of the Physical Technical Sciences. 2000. V. 6 Supplement. P. 73 - 77.

23. Вайнштейн И.А., Кортов B.C. «Температурное поведение полосы 6.05 eV в спектрах оптического поглощения кислород-дефицитного корунда» // Физика твердого тела. 2000. Т. 42, № 7. С. 1223 - 1229.

24. Вайнштейн И .А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Щапова Ю.В. «Правило Урбаха в стеклах Pb0-Si02» // Физика твердого тела. 2000. Т. 42, № 2. С. 224 - 229.

25. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C. «Особенности проявления правила Урбаха в стеклообразных материалах» // Физика и химия стекла. 1999. Т. 25, № 1.С. 70-80.

26. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C. «О применимости эмпирического соотношения Варшни для температурной зависимости ширины запрещенной зоны» // Физика твердого тела. 1999. Т. 41, №6. С. 994 - 998.

27. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Schapova Yu.V. «The phonon-assisted shift of the energy levels of localized electron states in statically disordered solids» // Physica B. 1999. V. 263-264. P. 167 - 169.

28. Kortov V.S., Weinstein I.A., Mazurenko V.G. «Exoelectrons thermalization calculated by the Monte Carlo method considering the energy broadening» // Scientific Reports of the Opole Technical University, ser. Physics. 1997. V. 20, № 240. P. 49 -54.

29. Kortov V.S., Mazurenko V.G., Weinstein I.A. «Simulation of TSEE curves from deep centres in MgO crystals on multiphonon ionization» // Scientific Reports of the Opole Technical University, ser. Physics. 1997. V. 20, № 240. P. 61 - 64.

30. Мазуренко В.Г., Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Вараксин A.H. «Примесные колебательные моды в кристаллах MgO-Fe2+ и MgO-Fe3+» // Физика твердого тела. 1995. Т. 37, №10. С. 3011 -3015.

31. Мазуренко В.Г., Вайнштейн И.А., Кортов B.C. «Локальные колебания Vk- и U- центров в ЩГК» // Физика твердого тела. 1993. Т. 35, №8. С. 2282 - 2284.

32. Вайнштейн И.А., Попко Е.А. «Эволюционное моделирование ТЛ процессов для системы невзаимодействующих ловушек» // Материалы X Международной школы-семинара по Люминесценции и лазерной физике, 2-6 октября

2006, Иркутск, Россия / под ред. Багаева С.И., Борисевича Н.А., Мартыновича И.Ф., Иркутск: Изд-во Иркутского госуниверситета, 2007. С. 71 - 79.

33. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Светличный Н.Г. «Спектральные характеристики и критерии структурного беспорядка поликомпонентных оптических стекол» // Сборник трудов VII Международной конференции «Прикладная оптика - 2006», 16-20 октября 2006, Санкт-Петербург, Россия. С. 289.

34. Светличный Н.Г., Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф. «Характеристики температурного поведения энергетической щели силикатных стекол» // Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Сне-жинск и наука - 2006. Трансфер технологий, инновации, современные проблемы атомной отрасли», 5-9 июня 2006, Снежинск, Россия. С. 192 - 193.

35. Попко Е.А., Вайнштейн И.А. «Система программного обеспечения «TOSL» для АСНИ процессов люминесценции в диэлектриках» // Сборник трудов, Первая международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование», 19 - 23 сентября 2005, Москва, Россия. С. 546 - 550.

36. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Раджабов Е.А. « Температурное тушение собственной люминесценции в свинцово-силикатных стеклах» // Proceedings, 121h International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials, 23 - 27 September, 2003, Tomsk, Russia. P. 170 - 173.

37. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S. «Specific features of luminescence in а-А120з after F=>F+-photoconversion» // Труды VIII Международной школы-семинара «Люминесценция и лазерная физика», 2003, Иркутск, Россия. С.51-58.

38. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Kortov V.S. «Optical spectra of radiation-disordered beryl single crystals» // Proceedings 1st International Congress on radiation physics, high current electronics and modification materials (lllh RPC), September 24 - 29, 2000, Tomsk, Russia. P. 458-461.

39. Вайнштейн И.А., Попко Е.А. «Программный модуль «Электронный ГА-конструктор люминесцентных моделей с термоактивационной кинетикой» (GenTL)» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ№ 2006614299, 18.12.2006, Москва.

40. Кислов А.Н., Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Мазуренко В.Г. «Программный модуль «Локализованные колебания и динамика кристаллической решетки идеальных и дефектных диэлектриков (LocVib)» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611864, 27.07.2005, Москва.

41. Попко Е.А., Вайнштейн И.А., Кортов B.C. «Программный модуль «Моделирование механизмов термофотолюминесценции в диэлектриках (TOSL)» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610234, 25.01.2005, Москва.

42. Зудов B.C., Вайнштейн И.А. «Программный эмулятор «Многофакторный эксперимент с варьируемой дисперсией параметра оптимизации» (VarEx)» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003610854, 07.04.2003, Москва.

43. Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Мазуренко В.Г. «Программный модуль «Моделирование транспорта электронов в диэлектриках с учетом квантово-механических эффектов (TransEl)» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611146, 16.05.2003, Москва.

Подписано в печать 23.10.2008 Формат 60x84 1/16

Бумага писчая Плоская печать Усл.печ.л. 2,29

Уч.изд.л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ 598

Редакционно-гадательский отдел УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

Ризография УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Вайнштейн, Илья Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. «КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ» И «СТЕКЛООБРАЗНОЕ»

ПРАВИЛО УРБАХА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Общие положения.

1.2 Реализация разных вариантов правила Урбаха в неупорядоченных материалах.

1.2.1 Влияние температуры на собственный край поглощения в щелочно-силикатном стекле.

1.2.2 УФ-край фундаментального поглощения в оксидных стеклах. Сравнение с соответствующими кристаллами

1.2.3 Правило Урбаха в процессах фотостимулированной эмиссии электронов в силикатных стеклах.

1.2.4 Край оптического поглощения в гидрогенизированном кремнии.

1.3 Известные модели урбаховского края в твердых телах

1.3.1 ПУ в кристаллах.

1.3.2 ПУ в некристаллических твердых телах.

1.4 Природа и роль атомного беспорядка при интерпретации ПУ

1.5 Формулировка цели и постановка задач диссертационных исследований.

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С РАЗНЫМ ТИПОМ ДОМИНИРУЮЩЕГО АТОМНОГО РАЗУПОРЯДОЧЕНИЯ

2.1 Выбор инструментов исследования и изучаемых объектов

2.2 Объекты исследования и подготовка образцов.

2.2.1 Исследуемые стеклообразные системы

2.2.1.1 Бинарные стекла РЬО-ЭЮг.

2.2.1.2 Тройные стекла КагО-РЬО-БЮг.

2.2.1.3 Поликомпонентные промышленные стекла класса ТФ.

2.2.1.4 Общая характеристика стеклообразных образцов

2.2.2 Исследуемые кристаллы.

2.2.2.1 Нейтрон-облученные кристаллы берилла.

2.2.2.2 Анионно-дефектные монокристаллы ос-А12Оз

2.2.2.3 Кристаллы М^О с собственными и примесными дефектами.

2.2.2.4 Общая характеристика кристаллических образцов

2.3 Автоматизированная система научных исследований процессов люминесценции в твердых телах.

2.3.1 Аппаратурный измерительный комплекс.

2.3.2 Программная система «Т08Ь» для моделирования механизмов термо- и фотостимулированной люминесценции в диэлектриках.

2.4 Использованные экспериментальные методики.

2.4.1 Спектры оптического поглощения.

2.4.2 Фотолюминесценция и спектры возбуждения ФЛ

2.4.3 Различные режимы регистрации термолюминесценции

2.4.4 Возбуждение фотоконверсии Р-=> Р+-центров в кристаллах а-А^Оз.

2.5 Использованные расчетные методы.

2.5.1 Рекурсивный метод для расчета частот локализованных колебаний.

2.5.2 Метод Монте-Карло при моделировании процессов транспорта электронов.

2.5.3 Оптимизационная процедура на основе генетического алгоритма.

2.6 Научное сотрудничество на разных этапах диссертационных исследований.

2.7 Детальная схема диссертационных исследований.

2.8 Выводы по Главе 2.

ГЛАВА 3. МОДИФИЦИРОВАННОЕ ПРАВИЛО УРБАХА В СТЕКЛАХ. РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ АТОМНОГО БЕСПОРЯДКА

3.1 Обобщенная формулировка правила Урбаха.

3.1.1 Применение принципа Франка-Кондона.

3.1.2 Применение принципа эквивалентности статического и динамического типов беспорядка.

3.1.2.1 «Кристаллический» предел. Роль динамического беспорядка.

3.1.2.2 «Стеклообразный» предел. Роль статического беспорядка.

3.1.3 Сравнение параметров для различных вариантов правила Урбаха.

3.2 Формулировка правила Урбаха в пределе высоких температур

3.2.1 «Кристаллический» вариант.

3.2.2 «Стеклообразный» вариант.

3.2.3 Физический смысл параметра То.

3.2.4 Сравнение параметров правила Урбаха для различных стеклообразующих систем.

3.3 Влияние теплового беспорядка на ширину энергетической щели в кристаллах и стеклах.

3.3.1 Соотношение Варшни для температурной зависимости ширины запрещенной зоны в кристаллах.

3.3.2 Выражение Фэна для функции Eg(T).

3.3.2.1 Основные параметры соотношения.

3.3.2.2 Связь с соотношением Варшни.

3.3.2.3 Универсальный характер выражения фэна для кристаллических и стеклообразных материалов

3.4 Оценка параметров динамического беспорядка в различных материалах.

3.4.1 Расчет эффективной энергии фононов.

3.4.2 Оценка температурного коэффициента ß ширины энергетической щели.

3.4.3 Полуэмпирический критерий для определения фиктивной температуры Т'.

3.5 Модифицированное правило Урбаха в стеклах на основе выражения Фэна.

3.6 Использование модифицированного правила Урбаха на примере анализа спектров ОП кристаллов берилла

3.6.1 Спектры оптического поглощения нейтрон-облученных кристаллов берилла.

3.6.1.1 Типичный урбаховский «веер» в зависимости от флюенса.

3.6.1.2 Зависимость параметра беспорядка от нейтронного флюенса.

3.6.2 Квазидинамический структурный беспорядок, индуцированный быстрыми нейтронами.

3.6.2.1 Оценка отношения констант Dx/K деформационного потенциала.

3.6.2.2 Связь энергии оптических переходов с параметром беспорядка Е0.

3.7 Выводы по Главе 3.

ГЛАВА 4. ЭФФЕКТЫ ДИНАМИЧЕСКОГО БЕСПОРЯДКА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ОБЛАСТИ ПРОЗРАЧНОСТИ СВИНЦОВО-СИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ

4.1 Параметры «стеклообразного» правила Урбаха в системе Pb0-Si02.

4.1.1 Спектрально-температурные зависимости УФ-края

4.1.2 Спектральный параметр Е0.

4.2 Оценка параметров динамического беспорядка из температурных зависимостей.

4.2.1 Температурные параметры Т0 и Т'.

4.2.2 Расчет энергии эффективных колебаний.

4.2.3 Оценка температурных коэффициентов у? ширины энергетической щели.

4.2.4 Концентрационные зависимости урбаховских параметров . .'.

4.3 Характеристики температурного поведения энергетической щели в стеклах Pb0-Na20-Si02.

4.3.1 Спектральные характеристики УФ-края оптического поглощения.

4.3.2 Оценка параметров «стеклообразного» правила Урбаха

4.4 Температурное тушение собственной люминесценции в бинарных стеклах РЬО-БЮг.

4.4.1 Спектры фотолюминесценции в бинарных стеклах. Температурная зависимость интенсивности свечения

4.4.2 Закон Мотта и соотношение Стрита для температурного тушения ФЛ в стеклах.

4.4.3 Анализ параметров температурного тушения.

4.5 Влияние структурных факторов на УФ-границу прозрачности в стеклах класса ТФ.

4.5.1 Спектральное положение края поглощения при различных температурах.

4.5.2 Параметры «стеклообразного» правила Урбаха в тяжелых флинтах.

4.5.2.1 Температурная зависимость параметра беспорядка

4.5.2.2 Температурное поведение оптической щели Eg для разных подгрупп флинтов. Расчет эффективных энергий фононов.

4.6 Расширенная диаграмма Аббе для стекол ТФ.

4.6.1 Влияние содержания РЬО на параметр Ео.

4.6.2 Диаграмма свойств «nD-Vd-Е0».

4.6.3 Параметры трехмерной диаграммы Аббе с учетом эффектов динамического беспорядка.

4.7 Выводы по Главе 4.

ГЛАВА 5. СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

ПРИ ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫХ ПРОЦЕССАХ В АНИОН-ДЕФЕКТНЫХ КРИСТАЛЛАХ а-А

5.1 Форма и температурное поведение полосы 6.05 эВ в спектрах оптического поглощения.

5.1.1 Аномальное поведение полосы 6.05 эВ при нагреве кристалла.

5.1.2 Разложение полосы на суперпозицию независимых гауссовых компонент.

5.1.3 Расчет эффективной энергии фононов, ответственных за уширение и смещение полос поглощения.

5.1.4 Формирование полосы при электронно-оптических переходах с участием F- и Р+-центров.

5.2 Влияние процессов фотоконверсии F => Р+-центров на характеристики люминесценции.

5.2.1 Трансформация спектров ОП в кристаллах а-А12Оз после F=> Реконверсии.

5.2.2 Влияние температуры на эффективность протекания процессов фотоконверсии.

5.2.3 Влияние УФ-обработки кристаллов а-А1203 на спектры возбуждения фотолюминесценции Р+-центров

5.2.4 Рост ТЛ отклика кристаллов а-А120з в результате фотоконверсии анионных центров.

5.3 Компенсационный эффект в люминесценции анион-дефектных кристаллов а-А12Оз.

5.3.1 Особенности регистрации температурного тушения фотолюминесценции в а-АЬОз.

5.3.2 Компенсационный эффект при температурном тушении фотолюминесценции анионных центров.

5.3.2.1 Компенсационные параметры тушения фотолюминесценции F-центров.

5.3.2.2 Компенсационные параметры тушения фотолюминесценции Р+-центров.

5.3.3 Проявления компенсационной связи между кинетическими параметрами термолюминесценции в а-А12Оз

5.3.3.1 Дозовые зависимости ТЛ отклика в полосе 3.8 эВ

5.3.3.2 Анализ параметров TJI в рамках кинетики общего порядка.

5.3.3.3 Компенсационное соотношение между энергией активации при опустошении ловушки и частотным фактором.

5.4 Моделирование TJI процессов в анион-дефектных монокристаллах оксида алюминия

5.4.1 Кинетическая модель для системы неконкурирующих ловушек с тушением.

5.4.2 Значения модельных параметров для TJI процессов в

5.4.3 Учет различных соотношений между микропараметрами центров захвата и рекомбинации.

5.4.3.1 Влияние исходной концентрации рекомбинационных центров.

5.4.3.2 Влияние констант рекомбинации и повторного захвата.

5.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ФОНОННОГО

БЕСПОРЯДКА И ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ШИРОКОЗОННЫХ КРИСТАЛЛАХ

6.1 Квазилокальные колебательные состояния в дефектных кристаллах MgO и А12Оз.

6.1.1 Расчет полной фононной плотности состояний идеальных кристаллов.

6.1.1.1 ППС фононов в оксиде магния.

6.1.1.2 ППС фононов в оксиде алюминия.

6.1.2 Искажения фононного спектра в кристаллах MgO гете-ровалентными примесями железа.

6.1.3 Колебательная структура F- и Р+-центров в MgO

6.1.4 Расчет частот локализованных колебаний F- и F+центров в А12Оз.

6.2 Роль локальных и эффективных фононных состояний в механизмах ТСЭЭ анион-дефектных кристаллов MgO

6.2.1 Модель многофононной ионизации.

6.2.2 Расчет кривых ТСЭЭ с участием F- и F+- центров. Оценка микропараметров эмиссионно-активных центров

6.2.3 Температурная зависимость энергии делокализованных электронов.

6.2.4 Моделирование стадии транспорта электронов в процессах ТСЭЭ.

6.2.4.1 Расчет скоростей электрон-фононного рассеяния

6.2.4.2 Процесс термализации электронов с учетом эффекта уширения энергетических уровней.

6.3 Эволюционный подход при моделировании кинетики ТЛ в широкозонных кристаллах.

6.3.1 Базовые зонные схемы.

6.3.2 Применение генетического алгоритма.

6.3.2.1 Адаптация понятий ГА для термолюминесцентного анализа.

6.3.2.2 Кодирование решений.

6.3.2.3 Эволюционные операторы.

6.3.3 Примеры генетической аппроксимации кривых ТЛ

6.4 Выводы по Главе 6.

Введение диссертация по физике, на тему "Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения"

Начиная с 70-х годов XX века, интенсивные работы в международном научном сообществе по изучению закономерностей реализации правила Урбаха в неупорядоченных материалах проводили различные исследователи -Я. Тауц, Н. Мотт, Дж. Коди, В.Л. Бонч-Бруевич, М.В. Курик, Ю.Р. Закис, А.Н. Трухин, А.Ф. Зацепин, B.C. Кортов и другие. Заметный прогресс при описании урбаховского поведения с точки зрения анализа параметров беспорядка в материалах с нерегулярной структурой был достигнут в работах Дж. Коди и др. при изучении температурных зависимостей края собственного поглощения в аморфном гидрогенизированном кремнии. Авторами был успешI но использован принцип эквивалентности динамического и статического вкладов в общий атомный беспорядок, присутствующий в системе. Этот же подход был применен научной группой А.Ф. Зацепина для сравнительного анализа спектров оптического поглощения и фотоэлектронной экзоэмиссии в ряде оксидных стекол, что позволило сформулировать эмиссионный аналог правила Урбаха.

Тем не менее открытым оставался вопрос о едином подходе и об установлении универсальных закономерностей при описании спектрально-температурного поведения края собственного поглощения в кристаллических и стеклообразных материалах. Решение этой задачи в совокупности с анализом основных параметров, определяющих механизмы процессов с участием электрон-фононной подсистемы широкого класса оксидных объектов в условиях внешней стимуляции, позволят внести заметный вклад в развитие фундаментальных основ физики неупорядоченного состояния. В свете обозначенных выше проблем'представляется актуальным выполнить теоретический анализ формализма правила Урбаха применительно к стеклам, а также провести комплексные экспериментальные исследования температурного поведения краевых и селективных компонент собственного поглощения в сочетании с анализом кинетических механизмов родственных термофотости-мулированных процессов в объектах с хорошо изученной колебательной структурой и достоверно установленной природой локализованных элек- ' тронных состояний.

Объекты исследования. Исходя из поставленной цели и сформулированных задач исследования, были ;выбраны два типа оксидных материалов -кристаллические и стеклообразные. Неорганические оксидные стекла: бинарные свинцово-силикатные стекла хРЬО-(ЮО-х)8Ю2, где х = 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 80; многокомпонентные промышленные стекла класса тяжелых флинтов ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, ТФ-4, ТФ-5, ТФ-7, ТФ-8, ТФ-10, которые отно

1 I сятся к тройной системе КгО-РЬО-ЗЮг; натриево-силикатные стекла 25Ма20-758Ю2 и РЬ0-25Ыа20-748102. Кристаллические оксиды с ионно-ковалентным типом химической связи: анионно-дефектные монокристаллы

А1203 и М^О; монокристаллы Ве3А1281б018, облученные нейтронами с флю-енсом Ф = 1014 -г-1019 см"2.

Научная новизна:

2. Впервые с использованием универсального выражения Фэна получена модифицированная запись правила Урбаха для стекол и неупорядоченных структур, которая может быть использована для анализа поведения длинноволнового края поглощения в широком температурном диапазоне вплоть до температур размягчения. Предложенная запись позволяет анализировать и выполнять количественную оценку параметров динамического беспорядка в системах с доминирующим вкладом статического беспорядка в общее атомное разупорядочение.

3. Для кристаллов ВезА1281б018 выполнена оценка отношения констант деформационного потенциала, связанных со статическим разупорядочением атомной решетки вследствие облучения потоками быстрых нейтронов. Экспериментально продемонстрирована линейная связь между шириной энергетической щели и урбаховской энергией. Установленная зависимость обоснована теоретически в рамках принципа эквивалентности статического и динамического типов атомного беспорядка.

4. Установлено, что для промышленных оптических стекол ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, ТФ-4, ТФ-5, ТФ-7, ТФ-8 и ТФ-10, относящихся согласно диаграмме Аббе к единому, классу тяжелых флинтов, можно выделить две отдельные подгруппы стёкол, различающиеся значением параметра Е0 структурного беспорядка - подгруппа 1 (ТФ-1, ТФ-2, ТФ-5, ТФ-8, ТФ-10) и подгруппа 2 (ТФ-3, ТФ-4, ТФ-7). Показано, что использование комбинированной диаграммы «показатель преломления коэффициент дисперсии - урбаховская энергия» подтверждает обнаруженное разделение единого класса ТФ на две подгруппы, различающиеся также и температурным поведением границы .прозрачности.' ' ■

5. В результате изучения] спектров оптического поглощения монокристаллов кислород-дефицитного оксида алюминия в УФ-диапазоне в интервале температур ЬЫТ у 500 К и использования .модели динамического атомного беспорядка с линейной электрон-фононной связью подтверждено, что полоса в области 6.05 эВ является суперпозицией двух независимых компонент, параметры которых близки к характеристикам поглощения Р- и Р+-центров.

6. При изучении процессов температурного тушения фотолюминесценции I7- и 17+-ценгров в зависимости от времени УФ-возбуждения кристаллов а-АЬОз впервые наблюдался компенсационный эффект, связанный с' согласованным уменьшением значений энергии активации тушения 'и предэкспо-ненциального множителя. Наблюдаемый эффект обусловлен доминирующим динамическим типом атомного разупорядочения в кристалле и связан с изменением соотношения между колебательным и конфигурационным вкладами в величину общей энтропии решетки. Выполнена оценка изокинетических температур для механизмов тушения с участием анионных центров.

7. Впервые для кристаллов М^О численными методами изучена терма-лйзация делокализованных электронов с учетом квантово-механического эффекта уширения энергетических уровней частиц при рассеянии. Показано, что характерной особенностью энергораспределения экзоэлектронов в оксиде магния является наличие высокоэнергетического «хвоста», протяженность которого растет за счет наведенного электрического поля в разупорядочен-ном приповерхностном слое кристалла.

Измерения спектров оптического поглощения для объектов диссертационных исследований при разных температурах были проведены совместно с A.A. Маслаковым. Измерения температурного тушения фотолюминесценции бинарных свинцово-силикатных стекол были выполнены совместно с Е.А. Раджабовым. Расчеты динамики решетки дефектных кристаллов MgO и А120з выполнены совместно с В.Г. Мазуренко и А.Н. Кисловым. Часть результатов по термолюминесцентным свойствам анионо-дефектных монокристаллов оксида алюминия вошла в кандидатскую диссертацию Орозбека уулу Аскара (2007 г.), в которой автор являлся научным консультантом. Идея использования принципа эквивалентности статического и динамического типов атомного беспорядка для анализа «стеклообразного» варианта правила Урба-ха, а также развитие и интерпретация результатов оптических экспериментов для системы Pb0-Si02 принадлежат А.Ф. Зацепину.

New Haven, США, 2004; Delft, Нидерланды, 2007), III Уральском семинаре по сцинтилляционным и запоминающим материалам (Екатеринбург, 2002), Ев-роконференции по дефектам в диэлектрических материалах - EURODIM (Вроцлав, Польша, 2002), Международных школах-семинарах по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, 2002, 2004, 2006, 2008), 12-й Международной конференции по физике и химии неорганических материалов (Томск, 2003), 15-й Международной конференции по дефектам в диэлектрических материалах - ICDIM (Рига, Латвия, 2004), Феофиловских симпозиумах по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (Екатеринбург-Заречный, 2004; Иркутск, 2007), Международных конференциях по люминесценции (Пекин, Китай, 2005; Лион, Франция, 2008), XVII Российской научной конференции с международным участием по неразрушающему контролю и диагностике (Екатеринбург, 2005),

Первой международной научно-практической конференции по современным информационным технологиям и ИТ-образованию (Москва, 2005), Международной научно-практической конференции «Снежинск и наука - 2006. Трансфер технологий, инновации, современные проблемы атомной отрасли» (Снежинск, 2006), 4-м Международном симпозиуме по лазерам, сцинтилля-торам и нелинейным оптическим материалам - ISLNOM (Прага, Чехия, 2006), VIII Международной конференции по опто-, наноэлектронике, нано-технологиям и микросистемам (Ульяновск, 2006).

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

6.4 Выводы по главе 6

1. С использованием программного модуля «ЬосУШ» выполнены оценки параметров локального динамического беспорядка в кристаллах М^О и А^Оз. В рамках оболочечной модели с использованием рекурсивного метода проведены расчеты полной плотности фононных состояний для идеальных оксидов магния и алюминиия. Полученные результаты находятся в удовлетворительном соответствии с результатами независимого расчета, выполненного интегрированием по зоне Бриллюэна, а также с имеющимися экспериментальными данными. Наблюдающееся сужение колебательного спектра в низкочастотной области для М^О связано с конечностью размера моделируемого кластера кристалла.

В рамках оболочечной модели получены значения частот локализованных колебательных мод, индуцированных присутствием в кристалле М§0 примесных атомов железа в различном зарядовом состоянии и наличием вакансий в катионной и анионной (Б- и Б+-центры) подрешетках. Для улучшения верификации полученных результатов имеющимися экспериментальными данными для частот локализованных состояний выполнен теоретико-групповой анализ и дефектные колебания разложены по типам симметрии.

Из проведенных расчетов следует, что пики в спектрах КР кристаллов М§0-Ре3+ в области 5.40 ТГц могут быть связаны с рассеянием света на резо

-337нансных колебаниях, индуцируемых другими дефектами (не ионом Ре или катионной вакансией), присутствующими в кристаллах. Пики с частотами 14.69 ТГц (Ей) и 9.29 ТГц (Т2ц) могут быть обусловлены рассеянием света на резонансных колебаниях, индуцируемых примесыо Ре3+ с избыточным положительным зарядом.

2. Для анионно-дефектных кристаллов А1203 выполнено моделирование симметризованных локальных плотностей фононных состояний, спроецированных с учетом групп точечной симметрии на смещения катионов, ближайших к анионному центру в различном зарядовом состоянии. Показано, что для Б— и Р+-центров колебания симметрии В попадают в высокочастотную область спектра. Сравнение расчетных данных с нашими и независимыми экспериментальными результатами свидетельствует о том, что основной вклад в энергию эффективных фононов, ответственных за смещение и уши-рение энергетических уровней анионных центров в оксиде алюминия, принадлежит индуцированным колебаниям симметрии А на ионах алюминия из ближайших координационных сфер. Обнаруженное согласие подтверждает эффективность и достоверность оценки параметров динамического атомного беспорядка на основе формализма, описанного в главе 3.

3. Выполнено моделирование экспериментальных кривых термостиму-лированной экзоэлектронной эмиссии для кристалла М§0 сБ- и Р+-центрами в рамках модели многофононной ионизации ловушек во внутреннем электрическом поле диэлектрика, наведенном при облучении, для случая, когда делокализованные электроны выходят непосредственно в вакуум (глубина выхода соизмерима с длиной свободного пробега). В качестве микроскопических параметров модели использовались термическая глубина эмиссионно-активной ловушки Еет, частота локализованных колебаний центра v/, константа электрон-фононной связи X и напряженность внутреннего электрического поля кристалла Ер.

Получены количественные оценки термической глубины рассматриваемых центров. Рассчитанные значения для F-центра - Еет = 0.92 ч- 0.96 эВ и для Р+-центра - Еет = 1.36 ч- 1.40 эВ удовлетворительно согласуются с имеющимися экспериментальными данными - 0.9 4- 1.1 эВ и 1.45 эВ, соответственно.

В рамках модели многофононной ионизации определены температурные зависимости значения стартовой энергии делокализованных электронов для разных напряженностей наведенного электрического поля. В температурных пределах пика экзоэмиссии, связанного с F-центром, вид полученных зависимостей удовлетворительно согласуется с экспериментальной кривой. Показано, что уже в момент освобождения электроны находятся в «нагретом» состоянии и их энергия значительно отличается от тепловой (по нашим расчетам Во « 1 эВ). Экзоэлектронная эмиссия является эмиссией «горячих» электронов.

Сравнение температурной зависимости начальной энергии делокализованных электронов, которая обусловлена эффектами динамического беспорядка в кристаллах MgO, с экспериментальной кривой позволяет оценить величину напряженности наведенного электронной бомбардировкой электрио ческого поля - EF « 0.7 1.0 х10 В/м. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости включения в рассмотрение процессов транспорта «горячих» электронов в разупорядоченном эмиссионно-активном слое, что позволяет применять используемую динамическую модель для процессов ТСЭЭ объемных центров, в том числе для рекомбинационных механизмов.

4. С использованием разработанного программного модуля «TransEl» для кристалла MgO рассчитаны скорости квазичастичного взаимодействия в зависимости от энергии электрона при рассеянии на эффективном фононном поле динамического типа. В качестве параметров использованы эффективные значения энергии колебаний для оптической и акустической ветвей фонон-ной дисперсии. Установлено, что для электронов с энергией 8 < 5.5 эВ доминирующим является процесс рассеяния на продольных оптических фононах, I при дальнейшем возрастании энергии электрона начинают преобладать неполярные процессы рассеяния на акутических фононах. Указанное пороговое значение энергии электрона характерно именно для кристалла М^О и превосходит известные пороговые энергии, например, для №С1 и 8Юг - ~ 3 эВ. Такое различие связано с размерами зоны Бриллюэна в кристалле и преобладанием доли процессов переброса вблизи края зоны.

Впервые для кристаллов оксида магния численными методами изучена термализация делокализованных электронов с привлечением полуклассического подхода и с учетом квантово-механического эффекта уширения энергетических уровней частиц при рассеянии. Учет указанного динамического эффекта показывает, что в отличие от полуклассического подхода, использовавшегося в предыдущих работах, уже после нескольких электрон-фононных взаимодействий электрон теряет информацию о характере прошедших взаимодействий, и его энергия «размазывается» в широком диапазоне значений. При этом характерной особенностью в энергораспределении экзоэлектронов является наличие сильно населенного высокоэнергетического «хвоста». Населенность «хвоста» растет в условиях наведенного электрического поля в разупорядоченном приповерхностном слое кристалла.

Наличие высокоэнергетического «хвоста» и малое изменение во времени средней энергии нетермализованных электронов приводят к замедлению процесса термализации свободных носителей заряда, в результате чего часть электронов, может выходить с глубин ~ 100 нм (в полуклассическом случае « 50 + 70 нм), что хорошо согласуется с имеющимися экспериментальными оценками.

5. Впервые на примере базовых кинетических моделей - ОТСЖ, ¡МТБ и КМТБ - выполнено численное моделирование процессов термостимулиро-ванной люминесценции в широкощелевых твердых телах с использованием генетического алгоритма. Основные принципы и понятия ГА адаптированы с учетом особенностей моделирования TJI механизмов в диэлектриках. С использованием параметров известных зонных схем TJI описаны основные операторы эволюционного подхода - кодирование особей, вычисление соответствующих им функций пригодности, работа операторов селекции, скрещивания и мутации.

Продемонстрирована эффективность работы предложенных ГА, получены удовлетворительные результаты аппроксимации температурных зависимостей, обусловленных эффектами атомного разупорядочения динамического типа, для различных соотношений между характеристиками центров захвата и рекомбинации. Для всех наборов модельных параметров получено высокая точность аппроксимации с низким значением показателя качества FOM. Показано, что параметры Еп, n0/N и hx/N определяются при генетическом поиске с высокой степенью достоверности. В то же время, величины параметров s„ и AJA/, могут заметно отличаться от истинных значений. Указанные особенности необходимо учитывать при количественной оценке параметров TJI-процессов в реальных кристаллах. Эволюционное моделирование на основе генетических алгоритмов представляется перспективным подходом для численного анализа термоактивационных процессов в люминес-цирующих материалах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Заключении прежде всего отметим научную значимость работы, которая определяется комплексом полученных в диссертации результатов. На основании систематического теоретико-экспериментального исследования сформулированы важные обобщения и выводы, разработаны новые теоретические положения, совокупность которых способствует решению фундаментальной проблемы физики стеклообразных материалов - установлению закономерностей спектрально-температурного поведения границы собственного пропускания в оптических матрицах на основе широкощелевых оксидных стекол. Выполненные исследования вносят существенный вклад в понимание роли атомного беспорядка при формировании оптических свойств и термо-фотостимулированного поведения твердотельных систем с различным типом доминирующего атомного разупорядочения.

1. Установленные спектрально-кинетические закономерности термо-стимулированного свечения в кислород-дефицитных кристаллах оксида алюминия могут быть использованы при разработке новых способов регистрации и оценки поглощенной дозы ионизирующих излучений с применением термолюминесцентных детекторов ТЛД-500К.

2. Обоснована возможность характеризации свойств стеклообразных материалов посредством введения в стандартную диаграмму Аббе дополнительного классифицирующего критерия - спектрального параметра беспорядка Е0. При прогнозировании функциональных свойств стекол параметр Е0 (в сочетании с оптическими постоянными п0 и может быть использован как универсальная структурно-чувствительная характеристика., количественно описывающая не только степень атомного беспорядка, но и особенности спектра энергетических состояний электронной подсистемы материала.

3. Предложен количественный полуэмпирический критерий для определения границы Т' между линейным и нелинейным участками температурной зависимости ширины энергетической щели. Критерий может быть использован при учете применимости справочных значений температурного коэффициента /3. Выполнена оценка параметра Т/для ряда кристаллических и стеклообразных материалов.

4. Разработаны программные пакеты для численного анализа динамических характеристик, моделирования процессов транспорта электронов и люминесценции с термоактивационной кинетикой в широкозонных твердых телах.' Созданные модули являются объектами интеллектуальной собственности и используются в научных исследованиях, а также в учебно-образовательной деятельности при подготовке инженеров-физиков и научных кадров высшей квалификации.

Автор защищает:

3. Результаты анализа спектров оптического поглощения кристаллов берилла, облученных нейтронами, с использованием обобщенной формулировки правила Урбаха и полученные значения для параметров разупорядоче-ния статического типа, а также для отношений констант деформационного потенциала второго порядка в приближении наведенного квазидинамическо- . го беспорядка. ■ ; • 4. Интерпретацию температурного поведения полосы 6.05 эВ в кисло-род-дефицитн ых монокристаллах оксида; алюминия, предложенную с учетом . доминирующего динамического беспорядка в рамках модели линейной элек- ' трон-фононной связи и заключающуюся в учете суперпозиции электронно-оптических переходов на Г- и Р+-1;ентрах; количественную оценку значений параметров динамического типа, обеспечивающих наблюдаемое спектрально-температурное поведение исследованной полосы.

5. Найденные значения параметров и установленные закономерности реализации компенсационного эффекта,' проявляющегося в кинетике температурного тушения фотолюминесценции с участием Г- и Р~-центров в кристаллах а-АЬОз. '.<•,'■, 6. Модифицированную- кинетическую модель термолюминесценции в . кислород-дефицитных кристаллах сс-ЛЬОз в интервале 350 550 К, учиты-. - вающую различную исходную концентрацию центров захвата и рекомбинации и механизмы внешнего температурного тушения свечения в присутствии . компенсационного эффекта. Полученные в рамках предложенной модели зависимости характеристик термолюминесценции от исходной концентрации ' . .'/'; : ' ; ■■:■ -344- "• •• .• . ' центров свечения и от соотношения между скоростями повторного захвата и рекомбинации носителей заряда.

8. Вычисленные значения скоростей квазичастичного взаимодействия для кристаллов MgO в зависимости от энергии электрона при рассеянии на эффективном фононном поле динамического типа, которые могут быть использованы в расчетах методом Монте-Карло при анализе кинетических механизмов термо- и фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии в условиях наведенных при облучении электрических полей.

В конце каждой главы были сформулированы соотвествующие выводы. Обобщим и сформулируем основные выводы и результаты выполненной диссертационной работы:

1. В рамках принципа эквивалентности статического и динамического вкладов в общий структурный беспорядок рассмотрена универсальная экспоненциальная зависимость коэффициента оптического поглощения в области фундаментального края. Обобщенная формулировка правила Урбаха записана в терминах некоррелированных среднеквадратических смещений атомов из положения равновесия, которые характеризуют тепловые (и2)т и «замороженные» <и~)х фононы. Указанные смещения через деформационные потенциалы 2-го порядка связаны с энергией структурного беспорядка, проявления которого наблюдаются в спектрах оптического поглощения. На основе представления об эквивалентности разных типов беспорядка в атомной решетке продемонстрирована реализация «кристаллической» и «стеклообразной» форм правила Урбаха в системах с различным типом доминирующего разу-порядочения. Результаты сравнительного анализа наклонов урбаховских хвостов в оксидных материалах хорошо согласуются с условием (и~)х> (и )т, которое определяет применимость модели «замороженных» фононов в стеклах. Установлено, что эмпирический параметр Т0 представляет собой высокотемпературную (Т' < Т < Т5 ) характеристику собственного поглощения в стеклах и отражает проявление статического беспорядка в температурной части «стеклообразного» правила Урбаха. Для ряда практически важных стеклообразных систем (силикатной, германатной, фосфатной) рассчитаны значения параметра Т0 и коэффициента (3 ширины энергетической щели, сделаны оценки нижней границы Т' для применимости высокотемпературного варианта «стеклообразного» правила Урбаха.

2. Выполнен анализ выражения Фэна для температурной зависимости ширины энергетической щели Её(Т) материала, получаемого в рамках одно-фононного приближения. Показано, что оно вполне применимо для описания зависимости Е8(Т) и оценки параметров динамического беспорядка в аморфных материалах, где вследствие структурного беспорядка края энергетических зон размыты и имеются протяженные хвосты плотности состояний. Продемонстрирована связь выражения Фэна с другими известными способами описания Е8(Т) как в кристаллических, так и в стеклообразных материалах. Сформулированы ограничения для применимости известного полуэмпирического соотношения Варшни, также широко используемого при описании температурного поведения ширины энергетической щели в твердых телах. Предложен полуэмпирический критерий для определения границы Т', которая условно разделяет линейный и нелинейный участки зависимости Ее(Т). Обсуждаемый критерий является достаточно строгим и носит общий характер как для упорядоченных, так и для неупорядоченных структур. Выполнена оценка параметра Т' для ряда материалов различной природы и продемонстрирована его корреляция с температурой Дебая. С использованием фундаментального выражения Фэна предложена новая формулировка «стеклообразного» правила Урбаха, которое применимо для анализа поведения собственного края поглощения стекол и неупорядоченных структур в широком температурном диапазоне, а в пределе высоких температур кТ » Йсо сводится к известной форме правила Урбаха. Предложенная модификация позволяет анализировать и выполнять количественную оценку параметров динамического беспорядка в системах с доминирующим вкладом статического беспорядка в общее атомное разупорядочение.

3. На основе комплексных исследований спектров УФ-поглощения кристаллов берилла, облученных потоками быстрых нейтронов 1014 1019 см" , установлено, что с ростом флюенса частиц для примесной абсорбционной полосы с переносом заряда наблюдается характерное веерообразное уширение длинноволнового края. Экспериментальные данные интерпретированы в приближении наведенного квазидинамического беспорядка с использованием развитого нами формализма. Выполнена оценка отношения Бх/К констант деформационного потенциала 2-го порядка, связанного со статическим разупорядочением решетки кристаллов Ве3А1281бО!8 вследствие облучения потоками быстрых нейтронов. Экспериментально продемонстрирована линейная связь Её(Е0) между шириной энергетической щели и урбаховской I энергией. Продемонстрировано, что величина- флюенса нейтронов может быть поставлена в соответствие вполне определенной равновесной температуре структурного разупорядочения, а наблюдаемая в исследуемых объектах модификация оптических спектров под действием нейтронов успешно анализируется в рамках принципа эквивалентности статического и динамического беспорядков. При данном подходе анализируемые эффекты радиационного повреждения структуры и изменения свойств кристаллов берилла рассмотрены как результат формирования индуцированного квазидинамического беспорядка.

4. Вблизи собственного края УФ-поглощения в интервале температур 80 - 470 К проанализировано поведение оптических спектров стекол свинцо-во-силикатной системы в широких пределах варьирования состава от 1 до 80 мол.% оксида свинца: натриево-сисликатные образцы с малой добавкой РЬО; модельные бинарные стекла РЮ-БЮг с переменным содержанием свинца; многокомпонентные промышленные стекла класса ТФ. Для интерпретации экспериментальных спектральных зависимостей использована предложенная нами формулировка модифицированного правила Урбаха. Показано, что спектральные и температурные параметры модифицированного правила Урбаха являются структурно-чувствительными, а их концентрационное поведение отражает изменение типа ближнего порядка в стеклообразной матрице исследуемых объектов. Получена экспериментальная концентрационная зависимость величины Ео, характеризующей степень разупорядочения атомной структуры. Установлены наиболее упорядоченные и разупорядоченные с данной точки зрения бинарные и поликомпонентные свинцовосиликатные стекла. Анализ спектров собственной фотолюминесценции концентрационного ряда бинарных стекол РЬО-БЮг в диапазоне ОчГГ - ЯТ с использованием двух известных законов температурного тушения показал, что и соотношение Мотта и соотношение Стрита хорошо описывают наблюдаемые зависимости. Тем не менее, на данном этапе исследований предпочтение было отдано модели Стрита, как наиболее вероятной.

5. Предложена классификация стекол класса ТФ на две подгруппы с учетом параметра урбаховской энергии, обоснованная с использованием тройной диаграммы состояний для системы К20 - РЬО - ЗЮг- Эти результаты дают основание полагать, что общепринятая классификация оптического стекла с использованием диаграммы Аббе не может считаться полностью универсальной. Для научно обоснованного проектирования прецизионных оптических сред с заданными спектральными характеристиками требуется дополнительный учет количественных структурных факторов атомного беспорядка. Выделенные подгруппы тяжелых флинтов существенно различаются также по температурному поведению УФ-края поглощения. С одной стороны, для стекол ТФ-1, ТФ-2, ТФ-8 и ТФ-10 характерна линейная температурная зависимость в диапазоне ЬИТ - 515 К. В то же время температурное поведение границы прозрачности для стекол ТФ-3, ТФ-4, ТФ-7 проявляет явно нелинейный характер при температурах ниже 130 К. Указанные особенности свидетельствуют о тесной взаимосвязи статического беспорядка в структуре с процессами динамического разупорядочения атомов, определяющими свойства границы оптической прозрачности стекол.

6. Изучено спектрально-температурное поведение полосы оптического поглощения 6.05 эВ в монокристаллах кислород-дефицитного оксида алюминия в интервале 80 -г- 500 К. На основе модели динамического атомного беспорядка с линейной электрон-фононной связью впервые показано, что данная полоса является суперпозицией селективных компонент гауссовой формы, обусловленных поглощением на Б- и Р+-центрах. На основании полученных результатов интерпретирована трансформация спектров поглощения для кристаллов с доминирующим содержанием Р+-центров. С использованием соотношений, связывающих параметры динамического атомного беспорядка, проведена аппроксимация температурных зависимостей для измеренных спектральных характеристик пиков. Получены значения энергий эффективных фононов, ответственных за уширение и смещение максимумов обоих пиков. Представлены результаты систематического исследования тер-мостимулированной фотоконверсии Р==>Р+ -центров в кристаллах а-А1203.

7. Установлено, что монокристаллы кислород-дефицитного оксида 1 алюминия, подвергнутые предварительной фототермической обработке, характеризуются различными параметрами температурного тушения фотолюминесценции Б и Р+-центров, которое обусловлено эффектами доминирующего динамического атомного беспорядка. При изучении процессов тушения впервые наблюдался компенсационный эффект, связанный с согласованным уменьшением значений энергии активации и предэкспоненциального множителя с ростом времени УФ-возбуждения кристаллов. Наблюдаемый эффект обусловлен изменением соотношения между динамическим (колебательным) и статическим (конфигурационным) вкладами в величину общей энтропии кристаллической решетки. На основе полученных данных сделана оценка изокинетических температур для тушения люминесценции с участием Б- и Р+-центров. Применительно к анализу механизмов ТЛ в кристаллах а-А120з модифицирована модель для многоловушечной системы с учетом температурного тушения в присутствии компенсационного эффекта.

8. С использованием разработанного программного обеспечения выполнены оценки параметров локального динамического беспорядка в анион-дефектных оксидах магния и алюминия. В рамках оболочечной модели с использованием рекурсивного метода проведены расчеты полной плотности фононных состояний для идеальных кристаллов. Для разупорядоченных кристаллов А1203 и М§0 выполнено моделирование симметризованных локальных плотностей фононных состояний, спроецированных с учетом групп точечной симметрии на смещения катионов, ближайших к анионному центру в различном зарядовом состоянии. Продемонстрировано, что основной вклад в энергию эффективных фононов, ответственных за смещение и уширение энергетических уровней анионных центров в оксиде алюминия, принадлежит индуцированным колебаниям симметрии А на ионах алюминия из ближайших координационных сфер.

9. С учетом рассчитанных частот локализованных колебаний, являющихся характеристиками динамического беспорядка в атомной решетке, выполнено моделирование термостимулированной экзоэлектронной эмиссии в кристаллах с Р- и Р+-центрами. В рамках модели многофононной ионизации ловушек во внутреннем электрическом поле диэлектрика, наведенном при облучении, уточнены оценки термической глубины рассматриваемых центров, определены температурные зависимости значений начальной энергии делокализованных электронов для разных напряженностей наведенного электрического поля. С учетом квантово-механического эффекта уширения энергетических уровней частиц при рассеянии численными методами изучена термализация делокализованных электронов в кристаллах оксида магния на стадии транспорта носителей заряда в процессах ТСЭЭ, что позволило интерпретировать появление протяженных хвостов в энергораспределении эк-зоэлектронов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Вайнштейн, Илья Александрович, Екатеринбург

1. Глебов Л.Б., Толстой М.Н., Влияние температуры на спектр собственного поглощения силикатного стекла // Физ. и хим. стекла. 1975. Т.1. № 3. сс. 239 242.

2. Arbuzov V.I., Zatsepin A.F., Kortov V.S., Tolstoi M.N., Tyukov V.V., Exoelec-tronic spectroscopy of intrinsic and extrinsic color centres in surface layers of alkali silicate glasses // J. Non-Cryst. Solids. 1991. V.134. pp. 208 217.

3. Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Щапова В.Ю., Локализованные валентные состояния в фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии свинцовосили-катных стекол // Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37, № 2. сс. 326 — 333.

4. Арбузов В.И., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Толстой М.Н., Тюков В.В., Закономерности и природа фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии в щелочно-силикатных стеклах // Физ. и хим. стекла. 1994. Т. 20, № 6. сс. 689-700.

5. Арбузов В.И., Спектры фундаментального поглощения и элементарные электронные возбуждения в оксидных стеклах // Физ. и хим. стекла. 1996. Т. 22, № 6. сс. 664 682.

6. Мотт Н., Дэвис Э., Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. 652 с.

7. Trukhin A.N., Localized states in wide-gap glasses. Comparison with relevant crystals// J. Non-Cryst. Solids. 1995. V. 189. pp. 1 15.

8. Tauc J., Absorption edge and internal electric fields in amorphous semiconductors // Mater. Res. Bull. 1970. V.5. pp. 721 730.

9. Sumi H., Toyozawa Y., Urbach-Martienssen rule and exciton trapped momentarily by lattice vibrations // J. Phys. Soc. Japan. 1971. V.31, № 2. pp. 347 358.

10. Dow J.D., Redfield D., Toward a unified theory of Urbach's rule and exponential absorption edges // Phys. Rev. B. 1972. V.5. pp. 594 610.

11. Skettrup Т., Urbach's rule derived from thermal fluctuations in the band-gap energy // Phys. Rev. B. 1978. V.18, № 6. pp. 2622 2631.

12. Dunstan D.J., Evidence for a common origin of the Urbach tails in amorphousand crystalline semiconductors // J. Phys. С : Solid State Phys. 1982. V. 30. pp. L419-L424.i

13. Kurik M.V., Urbach rule // Phys. stat. sol. (a). 1971. V8. pp. 3 45.

14. Бонч-Бруевич В.Л., Вопросы электронной теории неупорядоченных полупроводников // УФН. 1983. Т. 140, вып. 4. сс. 583 637.

15. О' Коннель-Броиин А.А., Плеханов В.Г., Пустоваров В.А. и др., Край экситонного поглощения и правило Урбаха в монокристаллах LiH и LiD // Оптика и спектроскопия. 1981. т. 51, вып. 2. сс. 371 374.

16. Pilipenko G. I., Oparin D. V., Gavrilov F. F., Fundamental absorption edge andurbach rule in lithium hydride single crystals // Solid State Communications. 1986. V. 57, № 11. pp. 869-871.

17. Кружалов A.B., Пустоваров В.А., Маслаков А.А., Петров В.Л., Шульгин

18. Б.В., Спектры возбуждения и отражения кристаллов La2Be205 в области 5 36 эВ // Оптика и спектроскопия. 1987. т. 63, вып. 2. сс. 457 - 459.

19. Пустоваров В.А., Электронные возбуждения и радиационные процессы внеорганических сцинтилляторах, индуцированные синхротронным излучением / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.10. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1994. 368 с.

20. Пилипенко Г.И., Локальные состояния в гидриде и дейтериде лития / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.10. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1996. 313с.

21. Zakis J.R., Fritzsche H., Temperature dependence of the absorption edge in crystalline and vitreous As2S3 // Phys. Stat. Sol. (b) 1974. V. 64. pp. 123 -130.

22. Андреев A.A., Коломиец Б.Т., Мазец Т.Ф., Манукян A.JI., Павлов С.К., Температурная зависимость края поглощения As2Se3 и AsSe в твердом и жидких состояниях // ФТТ. 1976. Т. 18, № 1. сс. 53 57.

23. Wiley J.D., Thomas D., Schonherr E., Breitschwerdt A., The absorption edgesof GeS and Urbach's rule // J. Phys. Chem. Solids. 1980. V. 41. pp. 801 -807.

24. Cody G.D., Tiedje Т., Abeles В., Brooks В., Goldstein Y., Disorder and the optical-absorption edge of hydrogenated amorphous silicon // Phys. Rev. Lett. 1981. V. 47, № 20. pp. 1480 1483.

25. Абе Ш., Тойозава Ю., Плотность состояний электронов и край оптического поглощения в аморфных полупроводниках // Аморфные полупроводники и приборы на их основе / под ред. И. Хамакавы М.: Металлургия, 1986. 376 с.

26. Siegel G. Н., Ultraviolet spectra of silicate glasses: A review of some experimental evidence // J. Non-Crystalline Solids. 1973. V.13, № 3. pp. 372 398.

27. Силинь A.P., Трухин A.H., Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном Si02. Рига: Зинатне, 1985. 244с.

28. Trukhin A.N., Localized states in germanate glasses. Study of luminescence //

29. J. Non-Cryst. Solids. 1995. V. 189, № 3. pp. 291-296.

30. Trukhin A.N., Localized states of silicon dioxide, sodium and lead silicate glasses // J. Non-Cryst. Solids. 1990. V.123, № 1 3. pp. 250 - 257.

31. Zatsepin A.F., Kortov V.S., Shchapova J.V., Electron-phonon interactions andfrozen» phonons during OSEE of amorphous materials // Sci. Rep. Techn. Univ. Opole ser. Physics. 1995. V. 16, № 215. pp. 5 14.

32. Zatsepin A.F., Kortov V.S., Localized excitations and photoemission processesin glasses // Sci. Rep. Techn. Univ. Opole ser. Physics. 1997. V. 20, № 240. pp. 105-115.

33. Cody G. D., Abeles В., Brooks В., Persans P., Roxlo C., Ruppert A. and Wronski C., Effect of site disorder on the optical absorption edge of a-Si:Hx // J. Non-Cryst. Solids. 1983. V. 59 60. Part 1. pp. 325 - 328.

34. Cody G.D., The optical absorption edge of a-Si:H. In : Hydrogenated Amorphous Silicon. Part B. / Ed. by J. Pankove. Academic Press Inc. New York. 1984. pp. 11-82.

35. Cody G.D., Urbach edge of crystalline and amorphous silicon: a personal review//J. Non-Cryst. Solids. 1992. V. 141. pp. 3 15.

36. Semiconductors and semimetals. Vol. 21. Hydrogenated Amorphous Silicon. Part B. Optical properties / Ed. by J. Pankove. Academic Press Inc. New York. 1984. p 439.

37. Аморфные полупроводники и приборы на их основе / под ред. И. Хамакавы. М.: Металлургия, 1986. 376 с.

38. Физика гидрогенизированного аморфного кремния. / под. ред. Дж. Джо-унопулоса и Дж. Люковски. Т. 1, 2. М.: Мир, 1987.

39. Аморфный кремний и родственные материалы / под ред. X. Фрицше. М: Мир. 1991. 544 с.

40. Tauc J., Optical properties of non-crystalline solids. In: Optical properties ofsolids / ed. by F. Abeles. North-Holland Publ., Amsterdam. 1972. pp. 277 -313.

41. Лей Л., Фотоэмиссия и оптические свойства. В: Физика гидрогенизированного аморфного кремния / под. ред. Дж. Джоунопулоса и Дж. Люковски. Т. 2, М: Мир, 1987. сс. 165-216.

42. Grein C.H. and John Sajeev, Polaronic band tails in disordered solids: Combined effects of static randomness and electron-phonon interactions // Phys. Rev. B. 1987. V. 36 № 14, pp. 7457 7468.

43. Grein C.H. and John Sajeev, Temperature dependence of thr Urbach optical absorption edge: A theory of multiple phonon absorption and emission sidebands // Phys. Rev. B. 1989. V. 39 № 2, pp. 1140 1151.

44. Redfleld David, Effect of defect fields on the optical absorption edge // Phys.

45. Rev. 1963. V.130. № 3. pp. 916 918.

46. Dexter D.L., Interpretation of Urbach's rule // Phys. Rev. Letters. 1967. V.1924. pp. 1383- 1385.

47. Overhof H. and Maschke K., Exponential tails in optical absorption and electro-absorption of disordered systems a one-dimensional model // J. Phys.: Condensed Matter. 1989. V.l. pp. 431 -437.

48. Kostadinov I.Z., The Urbach tail in amorphous semiconductors // J. Phys. C:

49. Solid State Phys. 1977. V.10. pp. L263 L266.

50. Клява Я.Г., Правило Урбаха и континуальная неупорядоченность в некристаллических твердых телах // ФТТ. 1985. Т. 27. № 5. сс. 1350 1353.

51. Urbach Franz, The long-wavelength edge of photographic sensitivity and of theelectronic absorption of solids // Phys.Rev. 1953. V. 92. p. 1324.

52. Martienssen Werner, Uber die excitonenbanden der allcalihalogenidkristalle // J. Phys. Chem. Solids. 1957. V. 2. pp. 257-267.

53. Toyozawa Y., A proposed model for the explanation of the Urbach rule // Progr. Theor. Phys. 1959. V. 22. pp. 455 457.

54. Каган В.Д., Теория длинноволнового края поглощения света в полупроводниках и диэлектриках. Правило Урбаха // ФТТ. 1975. Т. 17. вып. 9. сс. 2578-2584.

55. Гельмонт Б.Л., Перель В.И., Яссиевич И.Н., О правиле Урбаха // ФТТ.1983. Т. 25 в. З.сс. 727-733.

56. Тютиков A.M., Лобанова Н.В., Тоисеева М.Н., Полухин В.Н., Королев Н.В., Яковлев В.Е. Исследование связи эмиссионных свойств свинцово-силикатных стекол с их составом и структурой // ФХС. 1979. Т. 5. № 5. С. 628-631.

57. Щапова Ю.В., Экзоэмиссионно-активпые локализованные состояния в поверхностныхслоях стекол Me0-P205(Si02) / дисс. канд. физ.-мат. наук., УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1992. 267 с.

58. Никоноров Н.В., Петровский Г.Т., Стекла для ионного обмена в интегральной оптике: современное состояние и тенденции дальнейшего развития (обзор) // Физ. и хим. стекла. 1999. Т. 25, № 1. сс. 21 69.

59. Фекличев В.Г., Берилл. Морфология, состав и структура кристаллов. 1964. М: Наука. 161 с.56. http://webmineral.com/data/Beryl.shtml

60. Hazen R.M., Au A.Y., Finger L.W., High-pressure crystal chemistry of beryl

61. Be3Al2Si60iS) and euclase (BeAlSi040H) // American Mineralogist. 1986. v. 71. pp.977-984,

62. Akselrod M.S., Kortov V.S., Gorelova E.A., Preparation and properties of a

63. A1203:C // Rad. Protect. Dosimetry. 1993. v. 47, № 1-4. pp. 159 164.

64. Summers G. P., Thermoluminescence in Single Crystal a-Al203 // Radiat. Prot.

65. Dosimetry. 1984. V. 8, № 1/2. pp. 69 80.

66. Kirfel A. and Eichhorn K., Accurate structure analysis with synchrotron radiation. The electron density in A1203 and Cu20 // Acta Cryst. A. 1990. Vol. 46. part 4. pp. 271-284.

67. Javier Carrasco, Jose R.B. Gomes and Francese Illas, Theoretical study of bulkand surface oxygen and aluminum vacancies in a-Al203 // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. pp. 064116-1 064116-13 .

68. Kappus W., Lattice dynamics of sapphire (corundum). Part II: Calculations ofthe Phonon Dispersion // Z. Physik В Condensed Matter. 1975. v. 21, pp. 325 -331.

69. Мильман И.И., Никифоров С.В., Кортов B.C., Кильметов А.К., Контролькачества детекторов излучений для радиационной дефектоскопии // Де-»фектоскопия. 1996. № 11. сс. 64 70.65. http://www.webmineral.com/data/Periclase.shtml

70. Hazen R.M., Effects of temperature and pressure on the cell dimension and Xray temperature factors of periclase // American Mineralogist, 1976. v. 61. pp. 266-271.

71. Монахов A.B., Кинетические закономерности термостимулированной экзоэмиссии оксида магния /дисс. канд. физ.-мат. наук, 01.04.07. УПИ, Екатеринбург. 1992. 230 с.

72. Полинг JL, Природа химической связи. М: ИЛ, 1947.

73. Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела. Т. 1. М: Металлургия, 1995.480 с.

74. Rohrer G., Structure and bonding in crystalline materials. Cambridge U. Press,1. Cambridge. 2001.

75. Физические величины: Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

76. Солодовников С. Ф., Справочно-методические материалы к курсу «Основы кристаллохмии». Новосибирск, НГУ, 2006. 78 с.

77. Ашкрофт Н., Мермин Н., Физика твердого тела. Т. 1. М: Мир, 1979. 399 с.

78. Ступин Ю.В., Методы автоматизации физических экспериментов и установок на основе ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 288 с.

79. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д., Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Наука, 1983. 392 с.

80. Орозбек уулу Аскар, Особенности кинетики Рь-центров в анионодефектных кристаллах оксида алюминия / дисс. канд. физ.-мат. наук, 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2007. 125 с.

81. Вохминцев A.C., Вайнштейн И.А., Модернизация измерительного комплекса для исследования люминесценции кристаллов / Научные труды VIII отчетной конференции, молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 4.1, сб.статей в 2 ч., Екатеринбург, 2005. сс. 143 144.

82. Попко Е.А., Рогович В.И., Вайнштейн И.А., Структура системы управления знаниями для оценки адекватности моделей в АСНИ // Вестник УГТУ-УПИ, спец. выпуск, 2005. сс. 621 624.

83. Вайнштейн И.А., Зудов B.C., Программный эмулятор «Многофакторныйэксперимент с варьируемой дисперсией параметра оптимизации» («VarEx») // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003610854, 07.04.2003, Москва.

84. Попко Е.А., Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Программный модуль «Моделирование механизмов термофотолюминесценции в диэлектриках»

85. TOSL») // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610234, 25.01.2005, Москва.

86. Вайнштейн И.А., Попко Е.А., Электронный ГА-конструктор люминесцентных моделей с термоактивационной кинетикой («GenTL») // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006614299, 18.12.2006, Москва.

87. Антонов-Романовский В.В., Кинетика фотолюминесценции кристалло-фосфоров. М: Наука, 1966. 324 с.

88. Chen R., McKeever S.W.S., Theory of thermoluminescence and related phenomena. World Scientific, Singapore, 1997. 562 p.

89. Pagonis V., Kitis G., Furetta C., Numerical and practical exercises in thermoluminescence. Springer, New York, 2006. 208 p.

90. Nash J.C. Compact numerical methods for computers. Bristol: Page Bros Ltd,1990.

91. Mitchell M. An introduction to genetic algorithms. Cambridge, MIT Press.1999. 158 p.

92. Соболь И.М., Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973. 312 с.

93. Соболь И.М., Метод Монте-Карло. М: Наука, 1985. 78 с.

94. Jacoboni С., Reggiani L., The Monte-Carlo method for the solution of chargetransport in semiconductors with applications of covalent materials // Rev. Mod. Phys. 1983. V.55 №3. pp. 645 705.

95. Гладков Л.А., Курейчик B.B., Курейчик B.M., Генетические алгоритмы /под ред. В.М. Курейчика. М: Физматлит, 2006. 320 с.

96. Dexter D.L., Optical properties of solids // Nuovo Cimento, 1958. V.7 Suppl. P. 245-286.

97. Ребане K.K., Элементарная теория колебательной структуры спектров примесных центров кристаллов. М: Наука, 1968. 232 с.

98. Рейсленд Дж., Физика фононов. М.: Мир, 1975. 367 с.

99. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Особенности проявления правила Урбаха в стеклообразных материалах // Физ. и хим. стекла. 1999. Т. 25. № 1.С. 85 95.

100. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Kortov V.S., Effects of structural disorder and Urbach's rule in binary lead silicate glasses // J.Non-Cryst. Solids, 2001, v.279 № l.pp. 77-87.

101. Гусев А.И., Ремпель А.А., Нестехиометрия, беспорядок и порядок в твердом теле. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 580 с.

102. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Modified Urbach's rule and frozen phonons in glasses // Phys. stat. sol. (c), 2004. v. 1, № 11. pp. 2916-2919.

103. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Schapova Yu.V., The phonon-assisted shift of the energy levels of localized electron states in statically disordered solids // Physica B, 1999. v. 263-264. pp. 167 169.

104. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., О применимости эмпирического соотношения Варшни для температурной зависимости ширины запрещенной зоны // ФТТ, 1999. Т.41, № 6. сс. 994 998.

105. Кузнецов А., Намозов Б., Мюрк В., ВУФ-люмипесценция автолокализо-ванных экситонов в кристаллах А120з // Известия АН ЭССР. Физика. Математика. 1987. т. 36, № 2. сс. 193 196.

106. Кузнецов А.И., Электронные возбуждения, люминесценция и дефекты в оксидах металлов третьей группы и ниобате лития / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1992. 45 с.

107. Varshni Y.P., Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // Physica. 1967. V.34. pp. 149- 154.

108. Ашкрофт H., Мермин H., Физика твердого тела. Т. 2. М: Мир, 1979. 422с.

109. O'Leary S.K., Johnson S.R., Lim Р.К. The relationship between the distribution of electronic states and the optical absorption spectrum of an amorphous semiconductor : An empirical analysis // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. pp. 3334 3340.

110. Грабовскис В.Я., Дзеиис Я.Я., Ковалева H.C., Толстой М.Н. Собственное поглощение и люминесценция метафосфатных стекол // ФТТ. 1990. Т. 32. № 10. сс. 2953 -2959.

111. Раабен Э.Л., Толстой М.Н., Влияние природы стеклообразователя и модификатора в формировании спектра поглощения иона свинца // ФХС. 1988. Т. 14. № 1. сс. 66-71.

112. Лагздонс Ю.Л., Клеперис Я.Я., Восстановленные формы вольфрама и край поглощения в вольфрамофосфатных стеклах / Межвуз. сб. науч. тр. ЛГУ им. П. Стучки Физика и химия стеклообразующих систем. 1979. сс. 97-115.

113. Zakis J.R., Fritzsche Н., Temperature dependence of the absorption edge in crystalline and vitreous As2S3 //Phys. stat. sol. (b) 1974. V. 64. pp. 123 130.

114. Tauc J., Menth., Wood D.L., Optical and magnetic investigations of the localized states in semiconducting glasses // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 25, № 11. pp. 749 752.

115. Андреев A.A., Коломиец Б.Т., Мазец Т.Ф., Манукян А.Л., Павлов С.К., Температурная зависимость края поглощения As2Se3 и AsSe в твердом и жидких состояниях// ФТТ. 1976. Т. 18, № 1. сс. 53 57.

116. Закис Ю.Р., Дефекты в кристаллах и стеклах / Уч. зап. ЛГУ им. П. Стуч-ки, Физика и химия стеклообразующих систем. 1974. Т.203, вып.2. сс. 3 -21.

117. Ю П., Кардона М., Основы физики полупроводников. М: Физматлит, 2002. 560 с.

118. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках. М: Мир, 1973. 257с.

119. К.В. Шалимова. Физика полупроводников. М: Энергия, 1976. 416 с.

120. N.M. Ravindra, V.K. Srivastava., Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // J. Phys. Chem. Solids. 1979. V. 40, № ю. pp. 791 793.

121. Fan H.Y., Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // Phys. Rev. 1951. V. 82, № 6. pp. 900 905.

122. Radkowsky A., Temperature dependence of electron energy levels in solids // Phys. Rev. 1948. V. 73, №7. pp. 749 761.

123. Давыдов А.С., Теория поглощения света в молекулярных кристаллах. Изд-во АН УССР. Киев, 1951. 320 с.

124. Фэн Г., Фотон-электронное взаимодействие в кристаллах в отсутствие внешних полей. М: Мир, 1969. 127 с.

125. Tu R.C., Su Y.K., Li C.F., Huang Y.S., Chou S.T., Lan W.H., Tu S.L., Chang H., Near-band-edge optical properties of molecular beam epitaxy grown ZnSe epilayers on GaAs by modulation spectroscopy // J. Appl. Phys. 1998. v.83, №3. pp. 1664- 1669.

126. Manoogian A., Wooley J.C., Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // Can. J .Phys. 1984. v. 62, № 3. pp. 285-287.

127. Tichy L., Ticha H., The temperature dependence of the optical gap of glassy GeSe2//Materials Letters, 1992. v. 15. pp. 198-201.

128. Schwarz J., Ticha H., Tichy L., Temperature shift of the optical gap in some Pb0-Zn0-P205 glasses // Materials Letters, 2007. v. 61. pp. 520 522.

129. Allen P.B., Cardona M., Theory of the temperature of the direct gap of germanium// Phys. Rev. B. 1981. v. 23, № 4. pp. 1495 1505.

130. Allen P.В., Cardona M., Erratum: Theory of the temperature of the direct gap of germanium Phys. Rev. B. 23, 1495 (1981). //Phys. Rev. B. 1981. v. 24. p. 7489(E).

131. Шварц К.К., Экманис Ю.А., Диэлектрические материалы: радиационные процессы и радиационная стойкость. Рига. Зинатне. 1989. 188 с.

132. Зацепин А.Ф., Ушкова В.И., Калентьев В.А., Радиационные Е'-цеитры и экзоэмиссионная активность поверхности силикатных материалов // Поверхность. 1990. № 6, сс. 100 105.

133. Дубинин С.Ф., Пархоменко В.Д., Теплоухов С.Г., Гощицкий Б.Н., Аморфизация твердых тел быстрыми нейтронами // ФТТ. 1998. Т. 40, № 9. сс. 1584- 1588.

134. Вавилов B.C., Кекелидзе Н.П., Смирнов JI.C., Действие излучений на полупроводники. М: Наука. 1988. 190 с.

135. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Щапова Ю.В., Правило Урбаха в стеклах Pb0-Si02 // ФТТ. 2000. Т. 42, № 2. с. 224 229.

136. Weil J.A., A review of electron spin spectroscopy and its application to the study of paramagnwtic defects in crystalline quartz // Phys.Chem.Minerals. 1984. v. 10, №4. pp. 149- 165.

137. Бреховских C.M., Тюльнин В.А., Радиационные центры в неорганических стеклах. М : Энергоатомиздат. 1988. 199 с.

138. Skuja L., Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide 11 J. Non-Crystalline Solids. 1998. v. 239, 16-48.

139. Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Калентьев В.А. Ушкова В.И., Кислородно-вакансионные комплексы в облученных нейтронами кристаллах фенакита //ФТТ. 1988. Т. 30, вып. 5. сс. 1305 1310.

140. Платонов А.Н., Таран М.Н., Полыпин Э.В., Минько О.Е. // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1979. № 10, сс. 54.

141. Weinstein I.A., Zatsepin A.F., Kortov V.S., Effect of the type of atomic disorder on spectral characteristics of photoemitters // Latv. J. Phys. Tech. Sci. 2000. v. 6 Suppl. pp. 73 77.

142. Платонов A.H., Таран M.H., Балицкйй B.C., Природа окраски самоцветов. М: Недра. 1984. 196 с.

143. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Квазидинамический структурный беспорядок, индуцированный быстрыми нейтронами в кристаллах Be3Al2Si6018 // ФТТ. 2001. Т. 43, № 2, сс. 237-241.

144. Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Ушкова В.И., Калентьев В.А., Изменение эк-зоэмиссионных свойств кристаллов кварца и фенакита в процессе радиационной трансформации струтктуры поверхности // Поверхность. 1992. № 4. сс. 43 50.

145. Кабышев А.В., Конусов Ф.В., Влияние ионного облучения на критерии правила Урбахав оксиде алюминия // Поверхность. 2008. №4. сс. 103 -109.

146. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. М.: Мир, 1986. 556 с.

147. Gan Fuxi Optical and spectroscopic properties of glass. Springer-Verlag and Shanghai Scientific and Technical Publishers. Berlin. 1992. 284 p.

148. Vogel W.,. Glass chemistry. Springer-Verlag, Berlin. 1992. 464 p.

149. Роусон Г., Неорганические стеклообразующие системы. М: Мир. 1970. 312 с.

150. Глебов Л.Б., Плюхин А.Г., Раабен Э.Л., Толстой М.Н., Трухин А.Н., Люминесценция свинца в силикатных стеклах // Физ. и хим. стекла.1990. т. 16, № 2. сс. 245 252.

151. Глебов Л.Б., Докучаев В.Г., Петров М.А., Петровский Г.Т., Спектры поглощения центров окраски в щелочносиликатных стеклах // Физ. и хим. стекла. 1990. т. 16, № t.cc. 39-47.

152. O'Leary S.K., Johnson S.R., Lim P.К., The relationship between the distribution of electronic states and the optical absorption spectrum of an amorphous semiconductor: An empirical analysis // J. Appl. Phys. 1997. v. 82, № 7. pp 3334-3340.

153. Ellis E., Johnson D.W., Breeze A., Magee P.M., Perkins P.G., The electronic band structure and optical properties of oxide glasses II. Lead silicates // Philosophical Magazine B. 1979. v. 40, № 2. pp. 125 137.

154. Раабен Э.Л., Толстой M.H., Влияние природы стеклообразователя и модификатора в формировании спектра поглощения иона свинца // Физ. и хим. стекла. 1988. т. 14, № 1. сс. 66 71.

155. Раабен Э.Л., Толстой M.H., Концентрационные зависимости в спектрах поглощения стекол, содержащих оксид свинца // Физ. и хим. стекла. 1988. т. 14, № 6. сс. 815-820.

156. О. Маделунг. Физика твердого тела. Локализованные состояния. Наука, М. ( 1985 ) 184 с.

157. Rabinovich E.M., Review. Lead in glasses // J. Materials Science. 1976. 11. pp. 925 948.

158. Piriou В., Arashi H., Raman and infrared investigations of lead silicate glasses // High Temperature Science. 1980. 13, pp. 299 313.

159. Кабанов В.О., Подольская Т.М., Януш О.В., Спектры комбинационного рассеяния и структура стекол системы PbO-SiCb // Физ. и хим. стекла. 1996. т. 22, № 1. сс. 25-33 .

160. D. De Sousa Meneses, М. Malki, P. Echegut «Structure and lattice dynamics of binary lead silicate glasses investigated by infrared spectroscopy» // Journal of Non-Crystalline Solids 352 (2006) 769-776.

161. A.M. Гурвич. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.: Высшая школа, 1982, с. 376.

162. Street R.A., Luminescence in amorphous semiconductors // Adv.Phys. 1976. v. 25, №4. pp. 397-453.

163. Street R.A., Luminescence in a-Si:H! In : Hydrogenated Amorphous Silicon Part B. / Ed. by J. Pankove. Academic Press Inc. New York. 1984. pp. 197 -244.

164. Каталог «Оптическое стекло СССР-DDR» / под ред. Г.Т. Петровского. Москва-Йена-Берлин, 1975.

165. Физико-химические основы производства оптического стекла / под ред. Л.И. Демкиной. JI: Химия, 1976. 456 с.

166. Стекло. Справочник / под ред. Н.М. Павлушкина, М.: Стройиздат, 1973. 488с.

167. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Маслаков А.А. Характеристики оптического поглощения тяжелых флинтов в УФ-области // «Проблемы спектроскопии и спектрометрии»., межвуз. сб. науч. тр. УГТУ, Екатеринбург, 1999. вып.З. С.18 25.

168. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф. Влияние структурных факторов на край оптического поглощения тяжелых флинтов // Физ. и хим. стекла. 2004. Т. 30. №6. С. 662-668.

169. Вайнштейн И.А., Зацепин А.Ф. Расширенная диаграмма Аббе для тяжелых флинтов // Физ. и хим. стекла, 2006. т.32, № 2, сс. 188 194.

170. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н., Бойкова А.И. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск третий. Тройные силикатные системы. Л.: Наука, 1972. 448 с.

171. Kortov V.S, Milman 1.1., Kirpa V.I., Lesz Ja., Thermal Quenching of TL in a-A1203 Dosimetric Crystals // Rad. Protect. Dosimetry. 1996. v. 65, No. 1-4. pp. 255-258.

172. Akselrod M.S., Kortov V.S., Kravetslcy D.J. and Gotlib V.I., Highly sensitive thermoluminescent anion-defective a-Al203 single crystal detectors //, Rad. Protect. Dosimetry. 1990. v. 32, No. 1. pp. 15-20.

173. Lee K.H., Crawford J.H., Electron centers in single-crystal A1203 // Phys. Rev. В15. 1977. v.15,No. 8. pp. 4065 4070.

174. Evans B. D. and Stapelbroek M., Optical properties of the F+-centre in crystalline ot-Al203 // Phys. Rev. B. 1978. v. 18, № 12. pp. 7089 7098.

175. Draeger B.G., Summers G.P. Defects in unirradiated а-АЬОз // Phys. Rev. B. 1979. v. 19, No. 2, pp. 1172 1177.

176. McKeever S.W.S., Akselrod M.S., Colyott L.E., Agersnap Larsen N., Polf J.C. and Whitley V., Characterisation of АЬОз for use in thermally and optically stimulated luminescence dosimetry // Rad. Protect. Dosimetry. 1999. v.84, No. 1-4. pp. 163- 168.

177. Кортов B.C., Мильман И.И., Термостимулированная люминесценция дозиметрических кристаллов а-А120з // Известия ВУЗов. Физика. 1996. т. 39, № 11. сс. 145- 161.

178. К.Н. Lee, J.H. Crawford, Jr., Additive coloration of sapphire // Appl. Phys. Lett. 1978. v. 33, №4, 273-275.

179. Mitchell E.W.J., Rigden J.D., Townsend P.D., The anisotropy of optical absorption induced in sapphire by neutron and electron irradiation // Philosophical Magazine. 1960. 5. pp. 1013 1027. •

180. Levy P.W., Color Centers and Radiation-Induced Defects in A1203 // Phys. Rev. 1961. v. 123, №4. pp. 1226- 1233.

181. Lee K.H., Crawford J.H., Jr., Luminescence of the F center in sapphire // Phys. Rev. B. 1979. v. 19, № 6. pp. 3217-3221.

182. Валбис Я.А., Кулис П.А., Спрингис M.E. Дефекты решетки и люминесценция монокристаллов а-А120з. Н- О природе люминесценции аддитивно окрашенных кристаллов // Известия АН Латвийской ССР, сер. физ. и техн. наук. 1979. № 6. сс. 22 28.

183. Аксельрод М.С., Кортов B.C., Мильман И.И., Рекомбинационные процессы в легированном аниондефектном корунде // Укр. физ. Журнал. 1983. Т. 28, № 7. сс.' 1053 1056.

184. Choi Sang-il, Takeuchi Т., Electronic States of F-Type Centers in Oxide Crystals: A New Picture // Phys. Rev. Lett. 1983. v. 50, № 19. pp. 1474 -1477.

185. Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Температурное поведение полосы 6.05 eV в спектрах оптического поглощения кислород-дефицитного корунда // ФТТ. 2000. V. 42. № 7. С. 1223 -1229.

186. Стоунхэм A.M., Теория дефектов в твердых телах. Электронная структура дефектов в диэлектриках и полупроводниках. 1985 М: Наука. 625 с.

187. Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н., Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках. С.-Петербург: Изд-во «Петербургский институт ядернгой физики им. Б.П. Константинова РАН». 1997. 376 с.

188. Brewer J.D., Jeffris В.Т. and Summers G.P., Low-temperature fluorescence in sapphire // Phys. Rev. B. 1980. V. 22, № 10. pp. 4900 4906.

189. La S.Y., Bartram R.H., Сох R.T., The F+ center in reactor-irradiated aluminum oxide // J. Phys. Chem. Solids 1973. v. 34, № 6. pp. 1079 1086 .

190. Henderson В., King R.D., Stoneham A.M., The temperature dependence of the F band in magnesium oxide // J. Physics C: Solid State Physics. 1968. v. 1, №3. pp. 586-593.

191. Бессонова T.C., Авакумова JI.A., Гимадова Т.И., Тале И.А., Топография свойств кристаллов корунда с дефектной структурой // ЖПС. 1991. т. 54, №2. сс.258 262.

192. Kotomin Е.А., Popov A.I., Radiation-induced point defects in simple oxides // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1998. v. 141, pp. 1 15.

193. Мильман И.И., Термостимулированные процессы в облученных широкозонных оксидах с нарушенной стехиометрией / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.10. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1999. 428 с.

194. Никифоров С.В., Особенности термостимулированной люминесценции аниондефектных монокристаллов а-АЬОз / дисс. канд. физ.-мат. наук 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 1998. 151 с.

195. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S., The effect of thermally stimulated photoconversion of oxygen centres on the sensitivity of TLD-500 dosimetric crystals // Radiat. Prot. Dosim. 2002. v. 100, № 1-4. pp. 159 162.

196. Jeffries B.T., Brewer J.T., Summers G.P., Photoconductivity and charge trapping in A1203 // Phys. Rev. B. 1981. v. 24, № 10. pp. 6074 6082.

197. Atabekyan R.R., Ezoyan R.K., Gevorkyan V.A., Vinetskii V.L., Photostimu-lated Electron Redistribution between F and F+ Centres in Corundum // Phys. stat. sol. (b). 1985. v. 129, № 1. pp. 321 329.

198. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S., Orozbek uulu Askar, Specific features of 3.8-eV emission in TL spectra of oxygen-deficient corundum // phys. stat. sol. (c). 2005. v. 2, № 1. pp. 523 526.

199. Мильман И.И., Кортов B.C., Никифоров C.B., Интерактивный процесс в механизме термостимулированной люминесценции анион-дефектных кристаллов а-АЬОз // ФТТ. 1998. т. 40, № 2. сс. 229 234.

200. Pelenyov V.E., Kortov V.S., Milman I.I., The interaction of deep traps in an-ion-defective а-А12Оз // Radiaton Measurements. 200L. v. 33. pp. 629 631.

201. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., Kortov V.S., Specific features of luminescence in а-АЬОз after F-=>F+-photocon version / Труды VIII-й Международной школы-семинара "Люминесценция и лазерная физика". Иркутск, 2003. сс. 51-58.

202. Weinstein I.A., Kortov V.S., The shape and the temperature dependence of the main band in UV absorption spectra of TLD-500 dosimetric crystals // Radiaton Measurements. 2001. v. 33, № 5. pp. 763 767.

203. Вохминцев A.C., Вайнштейн И.А., Параметры полос оптического поглощения анионных центров в корунде / Научные труды VII отчетной конференции, молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 4.1, сб.статей в 3 ч., Екатеринбург, 2005. сс. 258 259.

204. Мильман И.И., Кортов B.C., Никифоров С.В., Пеленев В.Е., Механизм люминесценции F-центров в анион-дефектных монокристаллах оксида алюминия //ФТТ. 2003. т. 45, вып. 7. сс. 1202 1208.

205. Kristianpoller N., Shmilevich A., Weiss D., Chen R, Sensitization and desen-sitization of the luminescence yield of A1203:C // Rad. Eff. Def. Solids. 1998. v. 146. pp. 237-241.

206. Кортов B.C., Орозбек уулу Аскар, Вайнштейн И.А., Особенности кинетики термолюминесценции в дозиметрических кристаллах оксида алюминия // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. т. 73, № 2. сс.187 -190.

207. Сюрдо А.И., Радиационно-оптические и эмиссионные свойства широкозонных анионодефектных оксидов с пониженной симметрией / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург. 2007. 405 с.

208. Weinstein I.A., Pelenyov V.E., F- => F+-centers transformations in mechanisms of sensitization of TLD-500 // Radiation Measurements. 2004. v. 38. №4-6. pp. 421 -425.

209. Кортов B.C., Мильман И.И., Никифоров С.В., Моисейкин Е.В., Оптически индуцированные эффекты в термолюмпнесценции дозиметрических кристаллов анион-дефектного корунда // Журнал прикладной спектроскопии, 2004. Т. 71, № 2. сс. 227 230.

210. Akselrod M.S., Gorelova E.A., Deep traps in highly sensitive a-Al203:C TLD crystals //Nucl. Tracks Radiat. Meas. 1993. v. 21, № 1, pp. 143 146.

211. Molnar G., Benabdesselam M., Borossay J., Tacconi P., Lapraz D., Akselrod M., Influence of the irradiation temperature on the dosimetric and high temperature TL peaks of A1203:C // Radiat. Prot. Dosim. 2002. v. 100, № 1-4, pp. 139- 142.

212. Yukihara E.G., Whitley V.H., Klein D.M., McKeever S.W.S., Akselrod A.E., Akselrod M.S., The effect of deep trap population on the thermoluminescence of A1203:C // Radiation Measurements. 2003. v. 37. pp. 627 638.

213. Мильман И.И., Кортов B.C., Кирпа В.И., Температурное тушение в люминесценции анионодефектных кристаллов а-АЬ03 // ФТТ. 1995. Т. 37. №4. С. 1149-1159.

214. Akselrod M.S., Agersnap Larsen N., Whitley V., McKeever S.W.S., Thermal Quenching of F-center luminescence in A1203:C // J. Appl. Phys. 1998. v. 84, №6. pp. 3364-3373.

215. Вайнштейн И.А., Вохминцев A.C., Кортов B.C., Особенности температурного тушения фотолюминесценции 3.0 eV в монокристаллах а-А1203 // Письма в ЖТФ. 2006. т. 32, вып. 2. сс. 21 27.

216. Кондратенко П.А., Температурное тушение люминесцецнии корунда // Укр. физ. журнал. 1970VТ. 15. № ю. С. 1730 1731.

217. Апанасенко А.Л., Кузниченко А.В., Говядовский Ю.Б., Якунин В.Г., Температурная зависимость рентгенолюминесценции и термолюминесценции корунда // ЖПС. 1991. т. 54, №3. сс. 438 444.

218. Казаков В.П., О температурном тушении люминесценции. Компенсационный эффект // Оптика и спектроскопия. 1965. Т. XVIII, вып. 1. сс. 54 -57.

219. Федоров Г.Б., Некоторые закономерности в изменении параметров D0 и Q при диффузии в металлах и сплавах / в сборнике «Подвижность атомов в кристаллической решетке». Серия Металлофизика. 1965. Киев, «Наукова думка», сс. 40 49.

220. Кислишин В.А., О взаимосвязи предэкспоненциальногофактора и энергии активации при диффузии в кристаллических телах // Известия АН СССР, серия Металлы. 1976. № 1. сс. 230 235.

221. Крысов В.И., Компенсационные эффекты кинетики термоактивируемых процессов в аморфных металлических сплавах // ФММ. 2002. Т. 93. № 3. сс. 70-74.

222. Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М., Особенности анионного переноса в суперионных проводниках на основе MF2 (М = Pb, Cd) // ФТТ. 2002. т. 44, вып. 8. сс. 1506 1512.

223. Ехпег О., Determination of the isokinetic temperature // Nature. 1970. Vol. 227, №5256. pp. 366-367.

224. Boon M.R., Thermodynamic compensation rule // Nature. 1973. Vol. 243, June 15. p. 401.

225. Harris P.S., Compensation effect and experimental error // Nature. 1973. Vol. 243, June 15. p. 401-402.

226. Weinstein I.A., Kortov V.S., Vohmmtsev A.S., The compensation effect during luminescence of anion centers in aluminum oxide // J. Luminescence. 2007. v. 122 123. pp. 342 - 344.

227. Orozbek uulu Aslcar, Weinstein 1.А., Slesarev A.I., Kortov V.S., Kinetic features of thermoluminescence in oxygen-deficient crystals of aluminum oxide //Известия ВУЗов. Физика. 2006, №10 Приложение, сс. 138 140.

228. Бессонова Т.С., Станиславский М.П., Хаимов-Мальков В.Я., Собко А.И., Влияние примесей на радиационно-оптические процессы в рубине // ЖПС. 1979. Т. 30, № 5. Сс. 829 835.

229. Milman I.I., Kortov V.S., Nilciforov S.V., An interactive process in the mechanism of the thermally stimulated luminescence of anion-defective a-A1203 crystals // Radiation Measurements. 1998. V.29, № 3/4. pp. 401 410.

230. McKeever S.W.S., Chen R., Luminescence models // Radiation Measurements. 1997. v. 27, № 5/6. pp. 625 661.

231. Слесарев A.M., Кортов B.C., Аппаратно-программное обеспечение тер-мостимулированных измерений в экзоэмиссионной дефектоскопии / 17-я Международная конференция «Неразрушающий контроль и диагностика», Екатеринбург, 5-11 сентября 2005. с. 30.

232. Казаков В.П., Компенсационный эффект в кинетике реакций комплексных ионов переходных металлов // Известия СО АН СССР, сер. Химия. 1968. №7. вып. З.сс. 102-112.

233. Weinstein LA., Popko E.A., The simulation of TL processes in alpha-Al203 using different ratios between parameters of trapping and luminescent centers //J. Luminescence. 2007. v. 122- 123, pp. 377-380.

234. Попко E.A., Орозбек уулу Аскар, Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Учет температурного тушения при моделировании параметров TJI-пиков в а-А1203 // Вестник УГТУ-УПИ, спец. выпуск. 2004. сс. 145 147.

235. Sunta С.М., Ayta W.E. Feria, Piters T.M., Watanabe S., Limitation of peak fitting and peak shape methods for determination of activation energy ofthermoluminescence glow peaks // Radiation Measurements. 1999. v. 30. pp. 197-201.

236. Sunta C.M., Ayta W.E.F., Chubaci J.F.D., Watanabe S., General order and mixed order fits of thermoluminescence glow curves a comparison. Radiat. Meas. 2002. V. 35. pp. 47-57.

237. Кортов B.C., Мильман И.И., Никифоров С.В., Особенности кинетики термостимулировёанной люминесцекнции кристаллов а—АЬ03 с дефектами//ФТТ. 1997. т. 39, №9. сс. 1538 1543.

238. Садыкова Э.З., Роль мелких ловушек в термолюминесценции анионоде-фектного оксида алюминия / дисс. канд. физ.-мат. наук, 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2007. 101 с.

239. Кюри Д., Люминесценция кристаллов. М: Иностранная литература. 1961. 199 с.

240. Alben R., Blume М., Kralcauer Н., Schwartz L., Exact Results for a Three-dimensional Alloy with Site Diagonal Disorder: Comparison with the Coherent Potential Approximation // Phys. Rev. B. 1975. v. 12, №10. pp. 4090 4094.

241. Maradudin A.A., Montroll E.W., Weiss G.H., Ipatova I.P., Theory of Lattice Dynamics in the Harmonic Approximation. Academic Press. New York, 1971.775 р.

242. Benedek G., The Green Function Approch to the Surface Lattice Dynamics of Ionic Crystals // Surf. Sci. 1976. v.61, № 2, pp. 603 634.

243. Montroll E.W., Frequency Spectrum of Crystalline Solids // J.Chem.Phys. 1942. v.10, №4. pp. 218-229.

244. Sangster M.J.L., Strauch D., Localized Modes associated with Defects in Ionic Crystals // J. Phys. Chem. Solids. 1990. v.51, №7. pp. 609 639.

245. Sangster M.J.L., Harding J.H., Calculation of Local and Gap Mode Frequencies from Impurities in Alkali Halide Crystals // J.Physics C: Solid State Physics. 1986. v.19, №31. pp. 6153 6167.

246. Sangster M.J.L., Hussain A.R.Q., The Supercell Method for Calculating Re-spenses in Defective Lattice//Physica B+C. 1985. v. 131, №1. pp. 119- 125.

247. Мазуренко В.Г., Локализованные колебания решетки в дефектных диэлектрических кристаллах / дисс. докт. физ.-мат. наук, 01.04.10. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 1994. 203 с.

248. Кислов А.Н., Формирование локализованных колебаний решетки и их влияние на физические свойства кристаллов и нанокристаллов / дисс. докт. физ.-мат. наук 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2004. 307 с.

249. Вайнштейн И.А., Локализованные колебания и транспорт электронов в процессах экзоэмиссии кристаллов MgO / дисс. канд. физ.-мат. наук 01.04.07. УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 1997. 124 с.

250. Мазуренко В.Г., Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Локальные колебания Vk- и U-центров в ЩГК // ФТТ. 1993. т.35, №8. сс. 2282 2284.

251. Dick B.G., Overhauser A.W., Theory of the Dielectric Constants of Alkali Halide Crystals //Phys. Rev. 1958. v. 112, № 1. pp. 90- 103.

252. Catlow C.R.A., James R., Mackrodt W.C., Stewart R.F., Defect energetics in а-АЬОз and rutile Ti02 // Phys. Rev. B. 1982. v. 25, № 2. pp. 1006 1026.

253. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 1985.384 с.

254. Mackrodt W.C., Stewart R.F. Interatomic Potentials Handbook, 1979.

255. Catlow C.R.A., Faux I.D., Norgett M.J., Shell and breathing shell model calculations for defect formation energies and volumes in magnesium oxide // J. Physics C: Solid State Physics. 1976. v.3,. pp. 419 429.

256. Sangster M.J.L., Peckham G., Saunderson D.H., Lattice dynamics of magnesium oxide // J. Physics C: Solid State Physics. 1976. v.3. pp. 1026 1036.

257. Norgett M.J., Stoneham A.M., Pathalc A.P., Electronic structure of the centre in MgO // J. Physics C: Solid State Physics. 1976. v. 10. pp. 555 565.

258. Kislov A. N., Mazurenko V.G., Korzov K.N., Kortov V.S., Interionic potentials and localized vibrations in A1203 crystals with vacancies // Physica B. 2004. v. 352, pp. 172- 178.

259. Кислов A.H., Мазуренко В.Г., Корзов K.H., Кортов B.C., Динамика решетки кристаллов корунда с вакансиями в различных зарядовых сотоя-ниях // ФТТ. 2003. т. 45, вып. 9. сс. 1696 1699.

260. Rambaut С., Jobic Н., Jaffrezic Н., Kohanoff J., Fayeulle S., Molecular dynamic simulation of the oc-A1203 lattice: dynamic properties // J. Physics C: Condensed .Matter. 1998. v. 10, № 19. pp. 4221 4229.

261. Loong C.-K., Phonon densities of states and related thermodynamic properties of high temperature ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 1999. v. 19, № 13-14. pp. 2241-2247.

262. Миронова H.A., Улманис У.А., Радиационные дефекты и ионы металлов группы железа в оксидах. Рига : Зинатпе, 1988. — 208 с.

263. Benett J.S., Spin relaxation of Fe+ in MgO excited electronic states // Phys. Rev. B. 1970. v.l, № 9. pp. 3561 3568.

264. Chappert J., Frankel R.B. Fe2+ and Fe3+ hyperfme fields in MgO and CaO // Phys. Lett 1967. v.25A, №2. pp. 149 150.

265. Low W., Paramagnetic resonance of Fe3+ in cubic crystals // Proc. Phys. Soc. B. 1956. v.69,№29. pp. 1169- 1176.

266. Low W., Weger M., Paramagnetic resonance and optical spectra of divalent iron in cubic crystals. Experimental results // Phys. Rev. I960, v. 118, № 5. pp. 1130- 1136.

267. Tench A.J., Duck M.J., Radiation damage in oxides : II. Defect formation in MgO // J. Physics C: Solid State Physics. 1973. v.6, №7. pp. 1134 1148.

268. Sangster M.J.L., Stoneham A.M., Calculations of off-centre displacements of divalent substitutional ions in MgO, CaO, SrO and BaO from model potentials // Phil.Mag. B. 1981. v.43, № 4. pp. 597 608.

269. Stoneham A.M., Sangster M.J.L., Multiple charge-states of transition metal impurities // Phil.Mag. B. 1981. v.43, №4. pp. 597 608.

270. Мазуренко В.Г., Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Вараксин A.H., Примесные колебательные моды в кристаллах MgO-Fe" и1. MgO-FeJT // ФТТ.1995. т.37, №10. сс. 3011 -3015.

271. Колмогоров Ю.Н., Вараксин А.Н. Вычисление энергий взаимодействия дефектов в ионных кристаллах методом молекулярной статики / УПИ, Свердловск, Деп. В ВИНИТИ №2395. 1989. 137 с.

272. Sangster M.J.L., Relaxations and their strain derivatives around impurity ions in MgO // J. Physics C: Solid State Physics. 1981. v.14. pp. 2889 2898.

273. Мазуренко В.Г., Кислов A.H., Расчет частот щелевых колебаний дефектных ионных кристаллов рекурсивным методом в модели оболочек // ФТТ. 1991. т.ЗЗ, № 11. сс. 3433 3435.

274. Cohen R.E., Boyer L.L., Mehl M.J., Lattice dynamics of the potential-induced breathing model: Phonon dispersion in the alkaline-earth oxides // Phys. Rev. B. 1987. v.35, №11. pp. 5749 5760.

275. Billat A., Mon J.P., Voisin M., Experimental and Theoretical study of Raman Scattering in Co and Fe -Doped Magnesium Oxide // Phys. stat. sol (a). 1975. v.67.'pp. 335-339.

276. Billat A., Mon J.P., Voisin M., Impurity induced Raman Spectra in MgO-Fe3+ and MgO-Cr3+ crystals // Phys. stat. sol (a). 1976. v. 9. pp. 1337 1343.

277. Безель A.B., Электронная структура релаксированных точечных дефектов в оксиде магния / дисс. канд. физ.-мат. наук, 01.04.07. УПИ, Свердловск, 1989. 120 с.

278. Chen Y., Williams R.T., Sibley W.A., Defect cluster centres in MgO // Phys. Rev. 1969. v. 182, № 3. pp. 960-964.

279. Соболев А.Б., Кластерные расчеты электронного строения анионной вакансии, F+- и F-центра в кристалле MgO с самосогласованным учетом деформации и поляризации решетки // ФТТ. 1994. Т.36, N.10. сс. 2231 -2237.

280. Eglitis R.I., Kuklja М.М., Kotomin Е.А., Stashans A., Popov A.I., Semi-empirical simulations of the electron centers in MgO crystal // Computational Materials Science. 1996. v. 5, № 4. pp. 298 306.

281. Mazurenko V.G., Sobolev A.B., Kislov A. N., Korzov K.N., Kulyashov V.V., Kortov V.S., Modeling of the lattice dynamics in MgO crystals with points defects in different charge states // Physica B. 2005. v. 368. pp. 287 296.

282. Herscovici C., Fibish V., Phonon Spectra calculations by Recursion Method: I. Diatomic Crystals // J. Physics C: Solid State Physics. 1980. v. 13, № 9. pp. 1635- 1647.

283. Кортов B.C., Слесарев А.И., Рогов B.B., Экзоэмиссионный контроль поверхности деталей после обработки. Киев: Наукова думка. 1986. 176 с.

284. Kortov V.S., Mazurenko V.G., Multiphonon processes in exoelectron emission mechanisms / Proc. 11 -th Symp. Exoelectron emission and Applications, Glucholazy, 1994. pp. 13-22.

285. Fitting H.-Y., Glaefeke H., Wild W., Franke M., Muller W., Electronen-strahlinduzierter ladungstransport in Si02 schichten // Exper. Tech. Phys. 1979. V.27,№l.pp. 13-24.

286. Fitting H.-J., Elektronenstrahlinduzierte Ladungsträger in Festokorpertargets. / Dissertation zur Erlangung des Akademischen Grades Doctor der Wissenschaften. Rostock : Wilhelm-Peck Universität, 1978. 196 p.

287. Исаков В.Г., Скотников B.A., Кортов B.C., Машинное моделирование зарядового состояния приповерхностного слоя Si02 при электронной бомбардировке / «Радиационно-стимулированные явления в твердых телах» Межвуз. сборник., Свердловск : УПИ, 1988. сс.74-80.

288. Зацепин А.Ф., Кортов B.C., Тюков В.В., Черлов Г.Б., Индуцированное электронной бомбардировкой заряжение приповерхностных упруго деформированных слоев диоксида кремния // Поверхность. 1991. №4. сс.150- 152.

289. Нассенштейн Г., Электронная эмиссия с поверхности твердого тела после механической обработки и облучения / Экзоэлектронная эмиссия, сб. статей, М.: ИЛ, 1962. сс. 72-95.

290. Богун А., Дольежи Дж., Экзоэлектронная и термоэлектронная эмиссия с некоторых галоидных соединений / Экзоэлектронная эмиссия, сб. статей, М.: ИЛ, 1962. сс. 216-234.

291. Kortov V.S., Shifrin V.P., Exoemission Properties of Zr02// Phys.stat.sol.(a). 1974. v.25, № 2. pp. 377 385.

292. Толпыго Е.И., Толпыго К.Б., Шейнкман M.K., Оже-рекомбинация с участием носителей, связанных на различных центрах // ФТТ. 1965. т.7, №6. сс. 1790- 1794.

293. Bichevin V., Kaambre LI., A Possible Manifestation of Auger Processes in Thermostimulated Electron Emission // Phys.stat.sol.(a). 1971. v.4, № 3. pp. K235 -K238.

294. Mazurenlco V.G., Kortov V.S., Photostimulated and thermostimulated exoe-lectron emission at multiphonon ionization of deep centers in ion crystals // Поверхность. 1993. № 8. сс. 66 72.

295. Вайнштейн И.А., Мазуренко В.Г., Кортов B.C., Моделирование процессов термостимулированной экзоэлектронной эмиссии с глубоких центров в кристалле MgO / Тез. докл. на Всеросс.конф. «Химия твердого тела и новые материалы», Екатеринбург, 1996. с. 152.

296. Drenckhan S., Gross H., Glaefeke H., The mechanism of Exoelectron Emission after Excitation with Electrons // Phys.stat.sol.(a). 1977. v. 2, № 1. pp. K51- K54.

297. Кестер Г., Яссиевич И.Н., Термостимулированная эмиссия электронов в изоляторах // ФТТ. 1983. т.25. вып.6. сс. 1855 1877.

298. М.Борн, Хуань Кунь, Динамическая теория кристаллических решеток. М.: ИЛ, 1958. 488 с.

299. Хуань Кунь, Рис А., Теория оптических и безизлучательных переходов в F-центрах / В «Проблемы физики полупроводников». М.: ИЛ, 1957. сс. 389-406.

300. Карпус В., Перель В.И., Многофононная ионизация глубоких центров в полупроводниках в электрическом поле // ЖЭТФ. 1986. т.91, № 6. сс. 2319-2331.

301. Абакумов В.Н., Курносова О.В., Пахомов A.A., Яссиевич И.Н., Многофононная рекомбинация через глубокие примесные центры // ФТТ, 1988. т.ЗО, №6. сс. 1793 1802.

302. Абакумов В.Н., Меркулов И.А., Перель В.И., Яссиевич И.Н., К теории многофононного захвата электрона на глубокий центр // ЖЭТФ. 1985. т.89, №4. сс. 1472- 1486.

303. Chen Y., Kopolus J.L., Sibley W.A., Defect luminescence of the irradiated MgO // J. Luminescence. 1970. v.l, № 2. pp. 633 637.

304. Chen Y., Kopolus J.L., Sibley W.A., Luminescence of the F+-center in MgO //Phys. Rev. B. 1969. v.186, № 3. pp. 865 870.

305. Кортов B.C., Мазуренко В.Г., Вайнштейн И.А., Моделирование механизмов ТСЭЭ: I. Многофононпая ионизация глубоких центров в кристалле MgO / Детектирование ионизирующих излучений.: Межвуз. сб., Екатеринбург, 1996. сс. 58 62.

306. Соболев А.Б., Вараксин А.Н., Расчеты энергий образования анионной вакансии, F+- и F-центров в кристалле MgO методом молекулярной статики//ФТТ. 1995. т.37, № 5. сс. 1337- 1341.

307. Watanabe Y., Takemoto Y., Kubozoe Т., Mukoyama Т., Monte-Carlo Calculations of the Energy Distribution of Exoelectrons // Phys.stat.sol(a). 1980. v.61. pp. 221 -229.

308. Takemoto Y., Takanashi Y., Watanabe Y., Kubozoe Т., Temperature Dependence of the Mean Energy of Exoelectrons from MgO // Phys.stat.sol(a). 1980. v.58. pp. K145 K147.

309. Thomas R.E., Gibson J.W., Haes G.A., Low Energy Electron Reflection (LEER) and Electron Affinity of MgO // Appl.Surf.Sci. 1980. v.5, № 4. pp. 398-405.

310. Kortov V.S., Zolnikov P.P., Computation of the Energy and Angular Distribution of Exoelectrons by the Monte-Carlo Method // Phys.stat.sol(a). 1975. v.31, № 3. pp. 331 -339.

311. Fischetti M.V., DiMaria D.J., Brorson S.D., Theis T.N., Kirtley J.R., Theory of high-field electron transport in silicon dioxide // Phys.Rev. B. 1985. v.31, № 12. pp. 8124-8142.

312. Chang Y.-C., Ting D.Z.-Y., Tang J.Y., Hess K., Monte-Carlo simulation of impact ionization in GaAs including quantum effects // Appl.Phys.Lett. 1983. v.42,№ 1, pp. 76-78.

313. Reggiani L., Lugli P., Jauho A.-P., Monte-Carlo algoritms for collisional broadening and intracollisional field effect in semiconductor high-field transport // J. Appl. Phys. 1988. v.64, № 6. pp. 3072 3078.

314. Kim K., Mason B.A., Hess K., Inclusion of collision broadening in semiconductor electron-transport simulation // Phys. Rev. B. 1987. v.36, № 12. pp. 6547-6550.

315. Reggiani L., Lugli P., Jauho A.P., Quantum kinetic equation for electronic transport in nondegenerate semiconductors // Phys. Rev. B. 1987. v.36, № 12. pp. 6602-6608.

316. Sparks M., Mills D.L., Warron R., Holstein Т., Maradudin A.A., Sham L.J., Loh E.,Jr, King D.F., Theory of electron-avalanche breakdown in solids // Physical Review B. 1981. v. .24, № 6. pp. 3519-3536.

317. Fischetti M.V., Monte-Carlo Solution to the Problem of Higf-Field Electron Heating in Si02 // Phys. Rev. Lett. 1984. v.53, № 18. pp. 1755 1758.

318. Xing Zhou, Hsiang T.Y., Monte-Carlo determination of femtosecond dynamics of hot carrier relaxation and scattering processes in bulk GaAs // J. Appl. Phys. 1990. v.67, № 12. pp. 7399 7403.

319. Nobuyuki Sano, Tomofumi Furuta, Energy Broadening in ultrafast relaxation processes of photoexcited electrons: a Monte Carlo approach // Phys. Rev. B. 1993. v.48, №3. pp. 1426- 1432.

320. Вайнштейн И.А., Кортов B.C., Мазуренко В.Г., Моделирование механизмов ТСЭЭ: II. Термализация экзоэлектронов с учетом уширения энергии в рамках метода Монте-Карло / Детектирование ионизирующих излучений: Межвуз.сб., Екатеринбург, 1996. сс. 62 70.

321. Llacer J., Garwin E.I., Electron-Phonon Interaction in Alkali Halides: I. The Transport of Secondary Electrons with Energies between 0.25 and 7.5 eV // J. Appl. Phys. 1969. v.40, № 7. pp. 2766 2775.

322. Kubozoe Т., Watanabe Y., On the energy distribution of exoelectrons / Proceedings of the 9th International Symposium on Exoelectron Emission and Application, Wroclaw, 1988. pp. 28 35.

323. Kortov V.S., Isakov V.G., Glaefeke H., Fitting H.-J., Energy distribution of exoelectrons from NaCl (111) and (100) Surfaces // Phys.stat.sol(a). 1982. v.73. pp. K275-K278.

324. Алукер Э.Д., Нестерова C.H., Нечаев А.Ф., Влияние поверхности на объемную радиолюминесценцию щелочно-галоидных кристаллов // ФТТ. 1988. т.ЗО, № 4. сс. 1028 1033.

325. Орлянская И.В., Современные подходы к построению методов глобальной оптимизации // журнал "Исследовано в России". 2002. т. 5. сс. 20972108. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/189.pdf

326. Вайнштейн И.А., Попко Е.А., Генетический поиск модельных параметров при аппроксимации кривых термолюминесценции // Письма в ЖТФ, 2006. т.32, вып. 12. сс. 56 62.

327. Weinstein I.A., Popko Е.А., Evolutionary approach in the simulation of thermoluminescence kinetics // Radiation Measurements, 2007, v. 42, № 4-5. pp. 735 -738.

328. Adamiec G., Garcia-Talavera M., Bailey R.M., De La Torre P.I., Application of genetic algorithm to finding parameters values to numerical simulation quartz luminescence // Geochronometria. 2004. v. 23. pp. 9 14.

329. Adamiec G., Bluszcz A., Bailey R.„ Garcia-Talavera M., Finding model parameters: Genetic algorithms and the numerical modelling of quartz luminescence // Radiation Measurements, 2006, v. 41, № 5. pp 897 902.

330. Sunta C.M., Yoshimura E.M., Okuno E., Supralinearity and sensitization of thermoluminescence. Part I: a theoretical treatment based on interactive trap system// J. Physics D: Applied Physics. 1994. V. 27. P. 852 860.

331. Pagonis V., Chen R., Lawless J.L., A quantitative kinetic model for A1203:C: TL response to ionizing radiation // Radiation Measurements. 2007. v. 42, № 2. pp. 198-204.

332. Bailey R.M., Towards a general kinetic model for optically and thermally stimulated luminescence of quartz // Radiation Measurements. 2006. v. 33. pp. 17-45.

333. Chen R., Pagonis V., Modelling thermal activation characteristics of the sensitization of thermoluminescence in quartz // J. Physics D: Applied Physics. 2003. v. 36. pp. 1 6.

334. Sunta C., Okuno E., Lima J., Yoshimura E., Supralinearity and sensitization of thermoluminescence. II: interactive trap system model applied to LiF: Mg, Ti // J. Physics D: Applied Physics. 1994. V.27. pp. 2636 2643.

335. Sakurai T., Gartia R.K., The determination of intrinsic trapping parameters of a thermoluminescence peak of BeO // J. Physics D: Applied Physics. 1996. v. 29. pp. 2714-2717.

336. Haupt Randy L., Haupt Sue Ellen, Practical genetic algorithms. John Willey & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 2004.

337. Herrera F., Lozano M., Verdegay J.L., Tackling Real-Coded Genetic Algorithms: Operators and Tools for Behavioural Analysis // Artificial Intelligence Review. 1998. v. 12. pp. 265-319.