Роль возбужденной атомной 4fN-15d6s2 - конфигурации в физике испарения редкоземельных металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

□03054000

На правах рукописи

Герасимов Владислав Владимирович

РОЛЬ ВОЗБУЖДЕННОЙ АТОМНОЙ 4/лм5£/6л2 -КОНФИГУРАЦИИ В ФИЗИКЕ ИСПАРЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 2007

003054000

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Томский государственный университет" и в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической физики Томского государственного университета

Караваев Геннадий Федорович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики металлов Томского государственного

университета

Демиденко Валерий Семенович

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики прочности и материаловедения СО РАН Коротеев Юрий Михайлович

Ведущая организация:

Томский политехнический университет

Защита состоится «_1 » марта 2007 г. в 16 30 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.267.07 при ГОУ ВПО "Томский государственный университегг" по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 36.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан « » января 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

Ивонин И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений в физике конденсированного состояния является исследование поверхности твердых тел, в том числе поверхности металлов. Поверхность металла играет определяющую роль в химических реакциях с его участием (окислении, катализа, коррозии и др.), в явлениях трения, износа, сорбции, электронно- и фотостимулированной десорбции атомов и молекул, процесса термического испарения и.т.д.

Ряд явлений, происходящих на поверхности металлов, связан с присутствием на ней точечных структурных дефектов. К одному из таких явлений относится, например, процесс фотоиспарения щелочных металлов -натрия и цезия. Фотоиспарение этих металлов под действием лазерного излучения происходит за счет возбуждения точечных структурных дефектов, находящихся на поверхности [1-3]. Такой структурный дефект на поверхности образуется за счет смещения иона из узла решетки, что приводит к нарушению трансляционной симметрии. Это, в свою очередь, ведет к частичной локализации электрона вблизи данного иона и появлению свойств свободного атома у него. Дефекты такого типа, определяющие фотоиспарение натрия и цезия, образуются в результате тепловых колебаний решетки и представляют собой собственные нейтральные атомы на поверхности металла, полностью переходящие в состояние свободного атома при удалении от поверхности.

Однако недостаточно изученной остается роль дефектов такого типа в процессе термического испарения металлов. В этом смысле особый интерес представляют химически идентичные редкоземельные металлы (РЗМ) с достраивающейся 4/- оболочкой (Се - УЬ). В рамках существующих моделей [4] остается необъясненным, например, факт значительного разброса в энергии отрыва атомов от поверхности даже для рядом стоящих РЗМ (гадолиний и европий).

В связи с этим актуальным становится проведение экспериментальных и теоретических исследований с целью определения электронного строения таких структурных дефектов и их влияния на процесс термического испарения РЗМ и термодинамику кристалла в целом. Такие исследования представляются важными как с точки зрения физики поверхности и испарения, так и с точки зрения различных приложений, например, физики лазеров на парах металлов.

Цель и задачи работы: изучение особенностей электронного строения точечных структурных дефектов, образующихся за счет смещения ионов из узлов кристаллической решетки в результате тепловых колебаний решетки и локализации вблизи них электронов, на поверхности РЗМ с достраивающейся 4/ - оболочкой, определение атомной конфигурации этих дефектов. Экспериментальное исследование спектра спонтанного излучения испаряющихся атомов с поверхности РЗМ. Теоретическое исследование термодинамических функций кристалла со структурными дефектами указанного типа (собственными междоузельными атомами с локализованными вблизи них электронами). Анализ степени влияния таких дефектов на процесс термического испарения и термодинамические характеристики кристалла РЗМ.

Научная новизна.

• Предложен новый макроскопический параметр (температура одинакового давления насыщенных паров) для нахождения корреляционной связи между макро- и спектроскопическими параметрами РЗМ. Найдена корреляционная связь между энергией наиболее низколежащих уровней конфигурации 4/"л'~15с/б52 и температурой одинакового давления насыщенных паров РЗМ с достраивающейся А/- оболочкой (Се - УЬ).

• Предложена качественная модель структурных дефектов, определяющих процесс термического испарения с поверхности РЗМ.

• Экспериментально установлено, что в процессе термического испарения атомы §т отрываются от поверхности в наиболее низколежащем возбужденном состоянии конфигурации 4/55Л>$2 и излучают с переходом в основное состояние 4/66^2.

• Предложен новый способ непосредственного преобразования тепловой энергии (энергии колебаний решетки) в когерентное излучение: двухуровневый лазер на парах РЗМ с тепловым созданием инверсии населенности.

• Рассчитаны термодинамические функции (внутренняя энергия, теплоемкость, свободная энергия, энтропия) кристалла с собственными междоузельными атомами с локализованными вблизи них электронами в области низких и высоких температур.

Достоверность результатов достигается корректностью постановки решаемых задач, выбором физически обоснованных приближений, применением хорошо отработанных математических приемов и апробированных методик измерений, соблюдением принципа соответствия, взаимным согласием и внутренней непротиворечивостью полученных результатов и выводов, а также согласием с результатами других авторов.

Научная и практическая ценность работы. Предложенная в работе модель структурных дефектов, определяющих термическое испарение с поверхности РЗМ, вносит вклад в понимание процессов, происходящих на поверхности металлов. Рассчитанные термодинамические функции кристалла с дефектами могут быть использованы для изучения влияния на термодинамику кристалла таких точечных дефектов как вакансий и собственных междоузельных атомов. Результаты эксперимента позволяют предложить новый тип непрерывного лазера - двухуровневого лазера на парах РЗМ с тепловым созданием инверсии населенности, а также антистоксовских перестраиваемых лазеров от ВУФ до ИК-области спектра. Наличие возбужденных атомов в приповерхностном слое испарившихся атомов может быть использовано для уменьшения числа ступеней фотоионизации в процессе лазерного разделения изотопов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Существует корреляционная связь между инвертированной нормированной зависимостью энергии наиболее низколежащих уровней атомной конфигурации 4fN'l5d6s2 и нормированной зависимостью температуры одинакового давления насыщенных паров от номера РЗМ с достраивающейся 4f- оболочкой (Се - Yb).

2. Точечные структурные дефекты, образующиеся за счет смещения ионов из узлов кристаллической решетки и локализации вблизи них электронов, находятся на поверхности РЗМ в возбужденном состоянии атомной конфигурации 4/"*'5¿6s2 и определяют процесс термического испарения. Дефекты такого типа в объеме металла не оказывают существенного влияния на термодинамические функции кристалла.

3. В приповерхностном слое испарившихся атомов РЗМ в вакууме существует инвертированная по отношению к основному состоянию атома активная среда, что позволяет предложить новый способ непосредственного преобразования тепловой энергии в когерентное излучение. Толщина этого слоя определяется тепловой скоростью и временем жизни наиболее низколежащего возбужденного уровня конфигурации 4/л'~' SdGs1 атомов РЗМ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях: II Всероссийская конференция молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии», 3-6 ноября 2003 г., Томск, Россия; 8Л Korea-Russia International Symposium «on Science and Technology (KORUS 2004)», June 26 - July 3, 2004, Tomsk, Russia; VII International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers (AMPI^2005)", September 12-16, 2005, Tomsk, Russia; Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, 15 - 17 ноября 2006 г., Владивосток, Россия,

Публикации: Основные материалы диссертации опубликованы в 6-ти печатных работах, указанных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 104 наименований. Работа содержит 99 страниц, включая 15 рисунков и 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, освещена ее научная новизна, представлены положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание работы по главам.

В главе I «Точечные структурные дефекты в металлах» рассмотрены точечные структурные дефекты, определяющие процесс фотоиспарения с поверхности натрия, - воздействие излучения оптического диапазона на пленку

натрия приводит к эмиссии, не связанной с термическим испарением, таких структурных дефектов (собственных нейтральных атомов). Описана качественная модель поверхностного слоя натрия с дефектами и механизм фотоотрыва собственных атомов от поверхности.

С целью описания возможных механизмов локализации электронов вблизи собственных междоузельных атомов в объеме металла, анализируются рекомбинационные процессы в сильноионизованных конденсированных системах на примере атомарных кластеров после облучения их сверхсильными фемтосекундными лазерными импульсами. Рассматриваются столкновительная и диэлектронная рекомбинации, а также прямая фоторекомбинация в кластере твердотельной плотности. Описывается радиационная рекомбинация электронов и дырок в d- зонах в меди, золоте и их сплавах. Поставлены задачи исследования.

Глава II «Точечные структурные дефекты на поверхности редкоземельных металлов» посвящена исследованию термодинамических свойств поверхности РЗМ с точечными структурными дефектами на ней.

В параграфе 2.1 предложена качественная модель структурных дефектов, определяющих процесс термического испарения с поверхности РЗМ. Для определения электронной конфигурации таких дефектов искалась корреляционная связь между температурой одинакового давления насыщенных паров РЗМ (энергией отрыва атома от поверхности) и энергией возбуждения уровней различных электронных конфигураций. Были проанализированы уровни энергии, принадлежащие различным электронным конфигурациям, как для нейтральных атомов, так и для ионов РЗМ. Проведенный анализ показал, что единственной конфигурацией, соответствующей характерной зависимости температуры одинакового давления насыщенных паров от номера РЗМ, является атомная конфигурация 4f"'l5d6s2. На рис. 1 приведен пример зависимости температуры одинакового давления насыщенных паров ( Р1а - 1.0 Topp) от номера РЗМ. На рис. 2 приведены значения энергии (в см'1) наиболее низколежащих уровней атомной конфигурации 4 fN~l5d6s2 РЗМ относительно принятых за нуль значений энергии уровней конфигурации 4 fN 6s2. На рис. 3 показана инвертированная нормированная зависимость энергии уровней конфигурации 4fN''5d6s2 РЗМ £= 1 - (£ - £„,„) /(£м, -£„,„) вместе с нормированной зависимостью температуры одинакового давления насыщенных паров от номера элемента для 4-х разных давлений Т™т = (Тр - Tpmm)!( Тр Гоах - Трmin). При нормировке зависимости энергии (рис. 3) использовались величины Е , Е^, £mm - энергия уровня атомной конфигурации 4 fN~l5d6s2 каждого элемента, самого высокорасположенного и самого низкорасположенного уровня энергии среди элементов подгруппы РЗМ, соответственно. Величины Т Т„ шах, 1 р min — температура одинакового давления насыщенных паров каждого элемента, максимальная и минимальная

Рис. 1. Зависимость температуры одинакового давления насыщенных паров от номера элемента подгруппы РЗМ, Р1а, = 1.0 Topp

Рис. 2. Значения энергий наиболее низколежащих уровней конфигурации 4/""' 5с!б52 относительно принятых за нуль значений энергий конфигурации

Рис. 3. Инвертированная нормированная зависимость энергии (рис 2) вместе с нормированными зависимостями температур одинакового давления насыщенных паров от номера элемента для 4-х разных давлений

температуры среди всех элементов подгруппы РЗМ соответственно -использовались для нормировки зависимости температуры. Из наеденной корреляции были сделаны следующие выводы:

■ Для любого элемента подгруппы РЗМ температура Тр определяется

энергией наиболее низколежащего уровня конфигурации 4/лм5Л>52 атома этого элемента Ект„: Тр = /[££,„ (4/"~'5й?6.у2)]. Причем, чем выше энергия указанных уровней, тем ниже Тр и тем меньше энергии требуется для отрыва атома от поверхности. У Се и вс1, для которых данное состояние является основным, Тр наибольшая.

■ Точечные структурные дефекты (собственные нейтральные атомы) РЗМ находятся на поверхности металла в наиболее низколежащем состоянии атомной конфигурации 4/"~15(16$г и определяют процесс термического испарения аналогично структурным дефектам, определяющим процесс фотоиспарения с поверхности натрия [2,3].

■ Механизм образования струюурных дефектов на поверхности натрия и структурных дефектов в состоянии Лfr"{5d6s1 на поверхности РЗМ является идентичным и носит тепловой характер. В случае натрия структурные дефекты возбуждаются внешним источником излучения (лазером), в случае РЗМ структурные дефекты на поверхности образуются уже в возбужденном состоянии атомной конфигурации.

■ Процесс испарения с поверхности РЗМ происходит в два этапа:

- образование структурных дефектов в состоянии 4на поверхности, что приводит к ослаблению сил связи этих атомов с поверхностью;

- тепловой отрыв указанных атомов.

■ Низкая температура испарения Ей связана не с меньшей валентностью, а с самой высокой энергией наиболее низколежащего уровня конфигурации 4/лг~15с16я2 среди РЗМ.

На основе анализа других термодинамических параметров, зависящих от силы связи между атомами в кристалле (температуры плавления и кипения, энтальпии плавления и испарения и др.), был сделан вывод, что кроме давления насыщенных паров другие параметры указанной атомной конфигурацией не определяются.

Сделанные выводы находятся в согласии с уравнением для полной энергии

£тют

_______ са в кристалле:

ЕпГ = Г + £/'"" + и" + и«*"* + Етрр -%Еаяом, (1)

где Те - кинетическая энергия электронов, Vе" - потенциальная энергия взаимодействия электронов с ядрами, V' - потенциальная энергия взаимодействия электронов друг с другом, и06"'» - потенциальная энергия

обменного взаимодействия между электронами, Етрр- вклад в энергию, связанный с уничтожением больших флуктуаций электронной плотности, X Еатом ~ энергия атомов в основном состоянии. Чем больше по величине энергетическая щель 5й -> 4/, (т.е. чем больше возбужденный дефект отличается от атома в основном состоянии) тем меньше величина полной энергии связи (1), и тем легче дефекту оторваться от поверхности.

Также процесс испарения с поверхности РЗМ объясняется в рамках модели, описанной в работе [4]. В этой модели поверхность испаряющегося кристалла состоит из ступеней, ступеней с изломами и террас между ними. В зависимости от занимаемого места на поверхности энергия связи атома с. кристаллом различна: наибольшей энергией связи обладает атом, находящийся в структуре поверхностного монослоя, а наименьшей - одиночный атом, находящийся на террасе. Вероятность прямого испарения атома, находящегося на изломе ступени очень мала, поэтому испарение происходит следующим образом: атом, находящийся на изломе, перемещается на террасу или в положение у ступени, а затем на террасу, и десорбируется с плоской поверхности. В случае РЗМ сила связи атома с изломом (или со ступенью) и, следовательно, скорость перехода атома с излома на террасу определяется энергией наиболее низколежащего уровня конфигурации 4/"~'5с16я2 этого атома. То есть, чем больше энергия уровня данной атомной конфигурации (и меньше сила связи атома с изломом), тем легче атом переходит на террасу и десорбируется с поверхности.

В параграфе 2.2 на примере европия анализируется возможность создания двухуровневого лазера на парах РЗМ с тепловым созданием инверсии населенности на переходах в основное состояние 4/"б52. В качестве преобразователя тепловой энергии в лазерное излучение предлагается использовать приповерхностный слой испарившихся атомов РЗМ. В этом слое <1, определяемом тепловой скоростью V и временем жизни г возбужденного наиболее низколежащего уровня

W1

W2

атомов

W.VAV

3 Т<Го о <Го 3~G~GZ

sj _р о Q"P Q,,0 .0 „

Ml

т

M2

конфигурации 415(]6з2 РЗМ, образуется инверсная населенность. Толщина

приповерхностного слоя для Ей с1 = 0.05 см. На рис. 4 схематично изображен такой лазер на парах РЗМ. Зеркала резонатора М1 и М2

расположены соосно с активным Рис- 4 Схема лазера на парах РЗМ с тепловым слоем. Образец РЗМ, например, в изданием инверсии населенности

ЯЕМ

Heater

с * »О — атомы в наиболее

виде бруска с гладкой верхней возб ом

поверхностью, находится в

СОСТОЯНИИ

низколежащем конфигурации

непосредственном контакте с нагревателем. Для защиты выходных окон и от

- атомы в основном - состоянии

конденсации паров используется их подогрев или буферный инертный газ. Генерация в рассматриваемом лазере может быть осуществлена непосредственно на переходе 4fN'[5d6s2 -4 4/" 6s2.

Приведены оценки энергетических характеристик лазера. Эффективность преобразования тепловой энергии в монохроматическое излучение превысила 50%. Мощность лазерного излучения Р , получаемая с площади поверхности 1см2 образца Eu и оцененная по формуле

1 W

Р = ИГ' <*>

2 та

составила величину ~ 23 Вт. Здесь е = hv— энергия фотона, ша - масса атома Eu, скорость испарения Eu (измеряемая в гр/(см2-с)), соответствующая температуре 1090 К. Плотность мощности лазерного излучения /а,, соответствующая площади поверхности образца Ssurf и толщины лазерного пучка dbram оценивалась по формуле

. aSe...

О)

где 5 = 5surf/(l см2) и а - (1 см)/4*ат для ширины образца 1 см. Максимально возможная плотность мощности непрерывного лазерного излучения, соответствующая 4>мm = ~ Длина волны излучения) и 5surf = 1 см2,

составляет 6.43х105 Вт/см2. Однако столь высокая плотность мощности и некоторые нелинейные эффекты могут помешать такому пучку сформироваться. Для более реальной толщины пучка, например, <4ит - 0.01 см плотность мощности /Еи = 2.3х103 Вт/см2.

В параграфе 2.3 для проверки предложенной модели структурных дефектов на поверхности РЗМ и процесса термического испарения, а также для подтверждения возможности создания двухуровневых лазеров с тепловой накачкой был экспериментально исследован спектр спонтанного излучения испарившихся атомов РЗМ. В качестве исследуемого объекта был выбран Sm. Такой выбор связан с тем, что переходы из возбужденного наиболее низколежащего состояния 4fi5d6s2 в основное состояние 4/66s2 в этом элементе лежат в видимой области спектра. Кроме Sm из всех РЗМ вышеуказанные переходы разрешены только в Tm, Dy, Но, Er, ТЬ. Наиболее низколежащий уровень конфигурации 4fs5d6s2 Sm имеет энергию Е = 18075.67 см"1 (2.241 эВ), а основное состояние расщеплено на 6 подуровней. В основное состояние в данной системе уровней оптические переходы разрешены для 2 подуровней с энергиями Е, = 292.58 см"1 (0.036 эВ) и Е2 = 811.92 см"! (0.101 эВ) и с длинами волн Я; = 562.179 нм, Х2 = 579.091 нм соответственно. Из имевшегося в наличии поликристаллического Sm с чистотой 99.83 %, был выпилен брусок с активной поверхностью 4x7 мм2 , который помещался на подложку из оксидной алюминиевой керамики (А1203) в кварцевой кювете (рис.

4) без зеркал Ml и М2 резонатора. Для предотвращения конденсации паров на выходных окнах W1 и W2 в предварительно откачанную кювету напускался буферный газ Не при давлении 0.5 Topp. Излучение фиксировалось с помощью монохроматора МДР-23 с решеткой 600 штрихов/мм, фотоэлектронного умножителя ФЭУ-62 с областью чувствительности Я =0.4+1.2 мкм и осциллографа 1С-55 с высокоомным входом.

После нагрева образца до 600 °С была зафиксирована единичная спонтанная линия с Л/ = 562.179 нм. Излучение с данной длиной волны обнаруживалось и визуально (желго-зеленое свечение вдоль поверхности образца). Вторая линия с Л2 = 579.091 нм зафиксирована не была, поскольку вероятность перехода для этой длины волны в 8 раз меньше, чем для перехода с Л/ = 562.179 нм. Не исключается возможность существования каналов безызлучательного сброса энергии возбуждения испаряющихся атомов, например, передача энергии кристаллу или переход в кинетическую энергию испаряющихся атомов.

В главе III «Точечные структурные дефекты в объеме редкоземельных металлов» методом Дебая исследуются термодинамические функции (внутренняя энергия, теплоемкость, свободная энергия, энтропия) кристалла с точечными дефектами в области низких и высоких температур. Поверхность кристалла существует неотрывно от его объема. Свойства и состояние поверхности во многом зависят от состояния и структуры объема кристалла - различные процессы и изменения, происходящие в объеме, могут существенно влиять на поверхность. Следовательно, необходимо учитывать возможные изменения в объеме, связанные с присутствием в нем точечных структурных дефектов для более точного определения степени влияния таких дефектов на свойства поверхности и процесс испарения РЗМ.

При выходе иона из узла решетки и последующей вблизи него локализацией электрона образуется ион с меньшей кратностью ионизации в состоянии 4/"'15d. У такого дефекта появляется энергия Де, равная энергии перехода 5d 4/ (т.е. относительно основного состояния иона). Предполагается, что в кристалле присутствует некоторое число п (Т) таких структурных точечных дефектов с энергией Де, где Т - температура. Т.к. процесс образования дефектов имеет тепловую природу, то часть энергии кристалла расходуется на образование дефектов, связи между атомами кристалла ослабевают, и коэффициент квазиупругого взаимодействия атомов решетки к уменьшается на величину 8к(Т):

к' =к-5к(Т) = к

\ 5к{Т)

= K(l-ß(T)) (4)

В этом случае каждый линейный осциллятор (акустический фонон) приобретает энергию (п (Г)/37^) • Дг (из соображений симметрии энергия и* (Г) • Де равномерно распределялась между всеми осцилляторами, полное

число атомов в кристалле) и совершает колебания с частотой а\ = л/1 Р{Т). Тогда характеристическая температура кристалла с дефектами 0*, определяемая в методе Дебая предельной частотой колебаний акустических фононов , имеет вид:

-Ь-р<Т)Уг=ъЛ-р<х) У2,

к * — " ........ (5)

где 0е- характеристическая температура идеального кристалла. Тогда в

пределе низких температур Т «0* функция состояний 1п2 кристалла с дефектами получается в виде:

1пг =

п Дг 9МЭ*

кТ 8 Т а при высоких температурах Г» О':

к,Т 8Г Т

(6)

(7)

Рассматриваемые дефекты в кристалле представляют собой частный случай собственных междоузельных атомов и подчиняются распределению Больцмана:

п(Т) = Мехр(Ег/кТ),

(8)

где N - число атомов в кристалле, к - постоянная Больцмана, энергия активации процесса образования таких дефектов. С помощью формул (6), (7) и (8) были рассчитаны термодинамические функции кристалла с п (Г) структурными дефектами в пределе высоких и низких температур.

Область высоких температур (Г»0*): Внутренняя энергия

и = НАе

Г Е 1 Е, ( Е -§1

ект +

кТ 2 кТ V У

9 Ык

1

1-—е кт

2

\

+ 3 жт

(9)

Энтропия

5 = -Л^Дг—г—е кт + 4М + ЪЖ кТ2

' Т ( 1п —-—1п

в.

1—е * 2

/У

Е

+ -=£-е 2кТ

Свободная энергия

910,

8 Т

1

1-—е

+ ЗЛГЛ

Р=Ш£е кт -т.т +

9М

в.

1 -£Л

2

-ЗМГ

7* Г 1 1п-—Ы 1-—е кт

0,

(П)

Теплоемкость

С=КАе-

кТ2

2--

кТ

4 . 9М 0,

16 Т

1

+ ЗМ:

1 +

2 кТ

Е -5-

А Е Г Е 1 Е, \

кТ | ^г --2 г **

кТ кТ /

¿7*

¿г

2£Г

Г Е 1 еЛ

— -2 е кт

кТ . /

(12)

Аналогично получены функции кристалла и в пределе низких температур.

Термодинамические функции кристалла с точечными дефектами получены в наиболее общем виде - они описывают кристалл РЗМ с точечными дефектами, образованными за счет смещения иона из узла решетки и локализации электронов вблизи него с образованием энергетической щели Ае. При занулении энергетической щели Ае, характерной для РЗМ, термодинамические функции описывают кристалл с вакансиями и собственными междоузельными атомами. При занулении коэффициента Р(Т), учитывающего наличие дефектов в кристалле, термодинамические функции описывают идеальный бездефектный кристалл.

Для определения степени влияния на термодинамику кристалла структурных дефектов были оценены концентрации дефектов на поверхности и объеме РЗМ. Концентрация дефектов и„ (нейтральных атомов) на поверхности кристалла (см. таб.1) оценивалась по формуле:

2

П.. =1 Р.

N.

4 В.Т

(13)

Таблица 1. Значения концентрации структурных дефектов пех и их доля по отношению к поверхностной плотности атомов кристалла при различных давлениях Рю

iwio8 (см'2) iWNion, 10'7 iwio8 (см'2) 10'7 Пех, 10* (см'2) n«/Nlom 10"6 (см"2) iWN«, lO"5

РЗМ PMt = 0.001 Topp Ри, = 0.01 Topp Psa = 0.1 Topp Psat= lTopp

Се 1.22 1.13 5.33 4.93 2.30 2.13 0.99 0.90

Рг 1.32 1.40 5.67 6.02 2.46 2.61 1.05 1.11

Nd 1.39 1.46 6.06 6.37 2.60 2.74 1.12 1.18

Рш 1.64 1.71 7.20 7.52 3.15 3.26 1.34 1.40

Sm 1.85 1.91 8.18 8.45 3.58 3.70 1.53 1.58

Eu 2.09 2.76 9.07 11.99 3.90 5.16 1.68 2.22

Gd 1.09 1.12 4.67 4.81 1.99 2.05 0.82 0.84

Tb 1.29 1.30 5.59 5.64 2.43 2.45 1.04 1.05

Dy 1.51 1.51 6.66 6.66 2.90 2.90 1.25 1.24

Ho 1.46 1.44 6.35 6.29 2.76 2.73 1.19 1.17

Er 1.43 1.40 6.24 6.12 2.72 2.67 1.17 1.14

Tm 2.05 1.98 7.64 7.38 3.33 3.22 1.43 1.38

Yb 2.32 2.76 10.16 12.11 4.40 5.24 1.90 2.26

где Na - постоянная Авогадро, R - универсальная газовая постоянная, Рш, -давление насыщенных паров при температуре испарения Tev. Из данных таблицы видно, что даже при Рш, = 1 Topp относительное число структурных дефектов на поверхности составляет тысячные доли процента и слабо влияет на термодинамику поверхности кристалла.

Концентрация дефектов п(собственных междоузельных атомов с локализованными вблизи них электронами) и энергия Ег в объеме кристалла бьши оценены, исходя из поверхностной концентрации дефектов, на примере тулия. Концентрация составила величину порядка 2.5-1017 см'3 при температуре плавления Тш, энергия £,=1.8041 эВ. Соотношение концентрации и™' к плотности ионов кристалла (~ ЗхЮ32 см3) составляет величину порядка 10". Полученные оценки для Тш и других РЗМ в широком диапазоне температур позволили сделать следующий вывод: влиянием точечных структурных дефектов на термодинамику, как поверхности, так и

объема кристалла можно полностью пренебречь в области температур от О К до температуры кипения любого РЗМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлена корреляционная связь между энергией наиболее низколежащих уровней атомной конфигурации 4/"~|5г/6^2 и температурой одинакового давления насыщенных паров редкоземельных металлов с достраивающейся 4/- оболочкой (Се - УЬ).

2. Сформулирована качественная модель поверхностного слоя РЗМ и процесса термического испарения: точечные структурные дефекты (собственные нейтральные атомы) с возбужденной атомной конфигурацией 4/*~|5Л>$2 находятся на поверхности РЗМ и определяют процесс термического испарения.

3. Экспериментально установлено, что в процессе термического испарения атомы Бш отрываются от поверхности в наиболее низколежащем возбужденном состоянии конфигурации 4/5 5^/652 и излучают с переходом в основное состояние 4/6 б52.

4. Показано, что в приповерхностном слое испарившихся атомов РЗМ в вакууме существует инвертированная по отношению к основному состоянию атома активная среда, что позволяет предложить новый способ непосредственного преобразования тепловой энергии в когерентное излучение. Толщина этого слоя определяется тепловой скоростью и временем жизни наиболее низколежащего возбужденного уровня конфигурации 45с16з2 атомов РЗМ.

5. Проанализирована возможность создания двухуровневого лазера на примере Ей с тепловым созданием инверсии населенности. В данной системе роль нижнего лазерного уровня играет основное состояние атома РЗМ. Толщина пучка лазера с тепловой накачкой на примере Ей может быть в пределах от длины волны А,Ееп лазерного излучения до толщины слоя спонтанного излучения с1. Показано, что максимально возможная плотность непрерывного лазерного излучения с площади испарения 1 см2 образца Ей может достигать величины порядка 105 Вт/см2 в ультрафиолетовой части спектра. В отличие от газодинамических лазеров, являющихся тепловыми машинами, в данном лазере холодильник непосредственного участия в процессе теплового создания инверсии населенности не принимает (холодильник лишь предотвращает возврат испарившихся атомов на поверхность).

6. Рассчитаны термодинамические функции кристалла в области низких и высоких температур в предположении, что внутри него находится и* (Г) структурных точечных дефектов. Проведена оценка концентрации таких дефектов на поверхности металла при температурах, соответствующих 4-м различным давлениям насыщенных паров РЗМ. Оценена максимальная концентрация таких дефектов в объеме кристалла при температурах, близких к

температурам плавления РЗМ. В этих условиях величина отношения концентрации нейтральных атомов к плотности ионов на поверхности и внутри кристалла имеют один и тот же порядок - 10'5. Присутствие собственных нейтральных атомов на поверхности и собственных междоузельных атомов с локализованными вблизи них электронами в объеме РЗМ не оказывает заметного влияния на термодинамику, как поверхности, так и объема РЗМ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Герасимов В.А., Герасимов В.В. К вопросу об электронном строении поверхности редкоземельных металлов // Письма в ЖЭТФ.- 2003.- Т. 78.-Вып.5.- С. 789-791.

2. Герасимов В.А., Герасимов В.В. Анализ спектроскопических данных элементов как метод изучения электронного строения поверхности металлов // II Всероссийская конференция молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии»: Материалы конференции.-Томск: ИФПМ СО РАН, 2003,- С. 141-145.

3. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V. Correlation of the spectral and thermodynamic parameters for rare earth metals // 8th Korea-Russia International Symposium «on Science and Technology KORUS 2004», Tomsk: TPU, Russia, Proc. KORUS-2004.- Vol.2.-P. 215-217.

4. Герасимов B.A., Герасимов B.B. Термодинамические функции кристалла с нейтральными возбужденными атомами в его структуре // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2005.- № 3.- С. 36-41.

5. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V., Pavlinskiy A.V. Two Level Metal Vapor Lasers with Thermal Creation of Population Inversion II Physical Review Letters.-2006.- Vol. 96.- 123902.

6. Герасимов B.A., Герасимов B.B. Особенности процесса термического испарения редкоземельных металлов // Известия высших учебных заведений. Физика,- 2006.- № 6,- С. 43-47.

Литература

1. Абрамова И.Н., Александров Е.Б., Бонч-Бруевич A.M., Хромов В.В. Фотостимулированная десорбция атомов металлов с поверхности прозрачных диэлектриков // Письма в ЖЭТФ. - 1984. - Т.39. - Вьпт.4. -С.172 - 173.

2. Бонч-Бруевич A.M., Максимов Ю.Н., Пржибельский С.Г., Хромов В.В. Фотоэмиссия нейтральных атомов с поверхности металла // ЖЭТФ. - 1987. - Т.92. - Вып.1. - С.285 - 290.

3. Бонч-Бруевич A.M., Вартанян Т.А., Максимов Ю.Н. и др. Фотоотрыв атомов от сплошной поверхности металла И ЖЭТФ. - 1990. - Т.97. -Вып.6. -С.1761 -1766.

4. Боголюбов H.A., Машаров С.И. Испарение атомно- и магнитоупорядоченных кристаллов с дефектами. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - 209 с.

Тираж 100. Заказ 91. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

Введение

Глава I. Точечные структурные дефекты в металлах

1.1. Собственные нейтральные атомы на поверхности металлов

1.2. Процессы рекомбинации в сильноионизованных конденсированных системах

1.2.1. Ионизация атомарного кластера фемтосекундным лазерным импульсом

1.2.2. Столкновительная рекомбинация в кластере

1.2.3. Диэлектронная рекомбинация в кластере

1.2.4. Прямая фоторекомбинация

1.2.5. Радиационная рекомбинация в металлах

Глава II. Точечные структурные дефекты на поверхности редкоземельных металлов

2.1. Корреляционная связь между термодинамическими и спектроскопическими параметрами редкоземельных металлов. Качественная модель термического испарения редкоземельных металлов

2.2. Двухуровневый лазер на парах металлов с тепловым созданием инверсии населенности

2.3. Спектр спонтанного излучения испарившихся атомов редкоземельных металлов

2.4. Выводы

Глава III. Точечные структурные дефекты в объеме редкоземельных металлов

3.1. Частоты колебаний кристалла

3.2. Спектральная функция

3.3. Функция состояний кристалла

3.4. Термодинамические функции кристалла с точечными структурными дефектами

3.5. Оценка концентрации структурных дефектов на поверхности и в объеме редкоземельных металлов

3.6. Выводы 83 Заключение 84 Литература

Элементы подгруппы лантаноидов от церия (№ 58) до лютеция (№ 71) схожи по своим химическим свойствам, что обусловило выделение их в особую группу элементов - подгруппу редкоземельных металлов (РЗМ). Электронная 4/ - оболочка заполняется от церия (1 электрон на 4/ -оболочке) до лютеция (14 электронов на 4/ - оболочке). Достройка внутренних электронных оболочек атомов после того, как заполнены внешние оболочки, заметно сказывается на свойствах элементов шестого (лантаноидов) и седьмого (актиноидов) периодов системы элементов Менделеева.

Интенсивное исследование РЗМ связано с их широким использованием в науке и технике. Ионы РЗМ в керамических соединениях типа

КВа1Сиъ018 (5 = 0.1, Я - ионы РЗМ) и других соединениях [1-11] позволяют получать высокотемпературные сверхпроводники с критической температурой до 100 К и выше, хотя чистые РЗМ проявляют сверхпроводящие свойства весьма ограниченно: Се при высоком давлении, Се, Рг, N<1, Ей и УЬ - в тонких пленках [12]. Благодаря сложной структуре энергетических уровней в атомах и ионах РЗМ, эти металлы нашли применение в физике и технике лазеров: от твердотельных полупроводниковых лазеров [13-17] до лазеров на парах металлов [18-34]. Также ионы РЗМ, входя в различные соединения, проявляют люминесцентные свойства: сонолюминесценцию [35], катодолюминесценцию [36], электролюминесценцию [37,38], фотолюминесценцию [39-41] и др. [42-44].

Различные физико-химические свойства РЗМ во многом определяются свойствами достраивающейся 4/- оболочки [45]. Особо следует отметить магнитные свойства РЗМ. Уже на первых этапах развития исследований по магнетизму РЗМ (4/- магнетики) было выяснено, что по своим свойствам они существенно отличаются от магнетиков группы железа (3<А - магнетики) и могут быть выделены в особый класс. Оказалось, что многие РЗ магнетики обладают значительно большей спонтанной намагниченностью (благодаря большему атомному магнитному моменту), чем все ранее известные магнитные материалы [46]. Вышеперечисленные области применения РЗМ связаны, в основном, с использованием атомных свойств отдельных ионов РЗМ в различных соединениях.

Хотя различного типа дефекты в кристаллах исследованы достаточно хорошо [47], недостаточно изученными остаются точечные структурные дефекты, связанные с частичной локализацией электронов вблизи собственных ионов на поверхности металла. Такие структурные дефекты на поверхности образуются за счет смещения иона из узла решетки, что приводит к нарушению трансляционной симметрии [48]. Это ведет к частичной локализации электронов на данном ионе и появлению свойств свободного атома у таких ионов. Такого типа дефекты представляют собой собственные нейтральные атомы на поверхности металла, полностью переходящие в состояние свободного атома при удалении от поверхности.

Процесс испарения металлов тесно связан с электронным строением их поверхности. В рамках существующих моделей [49] остается ряд невыясненных вопросов в физике поверхности РЗМ, например, значительный разброс в энергии отрыва атомов от поверхности даже для рядом стоящих РЗМ (гадолиний и европий). Естественно связать такой разброс с наличием и свойствами вышеописанных структурных дефектов (собственных нейтральных атомов) на поверхности РЗМ.

Наличие собственных нейтральных атомов на поверхности металлов рассматривалось только в рамках модели фотоиспарения (фотодесорбции) с поверхности натрия, цезия, цинка, таллия и кадмия [50-52], в остальных случаях адатомы одного элемента рассматривались на поверхности другого элемента.

Нельзя исключать возможность частичной локализации электронов близи ионов, вышедших из узлов, и внутри кристаллической решетки, хотя в этом случае такая локализация будет слабее, чем на поверхности. Смещение иона из узла решетки в объеме кристалла так же ведет к нарушению трансляционной симметрии, что может привести к локализации электронов вблизи данного иона и появлению атомных свойств у него. Сила связи иона с окружением изменится, что, в свою очередь, повлияет на термодинамику кристалла. В объеме металла дефекты такого типа представляют собой собственные междоузельные атомы с локализованными вблизи них электронами.

Предметом исследования настоящей работы являлись электронное строение таких структурных дефектов на поверхности и в объеме РЗМ, их роль в процессе термического испарения и влияние на термодинамику РЗМ. Такие исследования представляются важными как с точки зрения физики поверхности и испарения в целом, так и с точки зрения различных приложений, например, в физике лазеров на парах металлов.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Основные выводы Главы III:

1. В результате теоретических расчетов методом Дебая получены термодинамические функции кристалла, внутри которого находится п (Т) точечных структурных дефектов, образующихся за счет смещения ионов из узлов кристаллической решетки и локализации электронов вблизи таких ионов, в области низких и высоких температур.

2. Рассчитанные формулы для термодинамических функций кристалла с дефектами такого типа могут быть использованы для оценки влияния вакансий и собственных междоузельных атомов на термодинамику кристалла. При занулении энергетической щели Аs, характерной для РЗМ, термодинамические функции описывают кристалл с вакансиями и собственными междоузельными атомами. При занулении коэффициента ß{T), учитывающего дефекты в кристалле, термодинамические функции описывают идеальный бездефектный кристалл.

3. Из оцененных концентраций собственных нейтральных атомов в состоянии 4/и~{5с1б82 на поверхности и собственных междоузельных атомов с энергией Ав (энергией щели 5с1 4/) в объеме кристалла показано, что такие дефекты не оказывают ощутимого влияния на его термодинамические функции в пределах от О К до температуры кипения любого РЗМ.

Заключение

Проведенные нами в диссертационной работе исследования электронного строения точечных структурных дефектов, образующихся в результате смещения ионов из узлов кристаллической решетки и последующей локализации вблизи них электронов, на поверхности и объеме РЗМ с достраивающейся 4/- оболочкой (Се - УЬ) приводят к следующим основным результатам и выводам:

1. Установлена корреляционная связь между энергией наиболее низколежащих уровней атомной конфигурации 4/^"'5^/6^2 и температурой одинакового давления насыщенных паров редкоземельных металлов с достраивающейся А/- оболочкой (Се - УЬ).

2. Сформулирована качественная модель поверхностного слоя РЗМ и процесса термического испарения: точечные структурные дефекты (собственные нейтральные атомы) с возбужденной атомной конфигурацией 4/ЫА5с1б82 находятся на поверхности РЗМ и определяют процесс термического испарения.

3. Экспериментально установлено, что в процессе термического испарения атомы 8т отрываются от поверхности в наиболее низколежащем возбужденном состоянии конфигурации 4/55с16э2 и излучают с переходом в основное состояние 4/6 .

4. Показано, что в приповерхностном слое испарившихся атомов РЗМ в вакууме существует инвертированная по отношению к основному состоянию атома активная среда, что позволяет предложить новый способ непосредственного преобразования тепловой энергии в когерентное излучение. Толщина этого слоя определяется тепловой скоростью и временем жизни наиболее низколежащего возбужденного уровня конфигурации 4/и~15с16з2 атомов РЗМ.

5. Проанализирована возможность создания двухуровневого лазера на примере Ей с тепловым созданием инверсии населенности. В данной системе роль нижнего лазерного уровня играет основное состояние атома РЗМ. Толщина пучка лазера с тепловой накачкой на примере Ей может быть в пределах от длины волны Яёеп лазерного излучения до толщины слоя спонтанного излучения с1. Показано, что максимально возможная плотность непрерывного лазерного излучения с площади испарения 1 см образца Ей с л может достигать величины порядка 10 Вт/см в ультрафиолетовой части спектра. В отличие от газодинамических лазеров, являющихся тепловыми машинами, в данном лазере холодильник непосредственного участия в процессе теплового создания инверсии населенности не принимает (холодильник лишь предотвращает возврат испарившихся атомов на поверхность).

6. Рассчитаны термодинамические функции кристалла в области низких и высоких температур в предположении, что внутри него находится п (Т) структурных точечных дефектов. Проведена оценка концентрации таких дефектов на поверхности металла при температурах, соответствующих 4-м различным давлениям насыщенных паров РЗМ. Оценена максимальная концентрация таких дефектов в объеме кристалла при температурах, близких к температурам плавления РЗМ. В этих условиях величина отношения концентрации нейтральных атомов к плотности ионов на поверхности и внутри кристалла имеют один и тот же порядок - 10~5. Присутствие собственных нейтральных атомов на поверхности и собственных междоузельных атомов с локализованными вблизи них электронами в объеме РЗМ не оказывает заметного влияния на термодинамику, как поверхности, так и объема РЗМ в области от О К до температуры кипения любого РЗМ.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Герасимов В.А., Герасимов В.В. К вопросу об электронном строении поверхности редкоземельных металлов // Письма в ЖЭТФ.- 2003.- Т. 78.-Вып. 5.-С. 789-791.

2. Герасимов В.А., Герасимов В.В. Анализ спектроскопических данных элементов как метод изучения электронного строения поверхности металлов // II Всероссийская конференция молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии»: Материалы конференции.- Томск: ИФПМ СО РАН, 2003.- С. 141-145.

3. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V. Correlation of the spectral and thermodynamic parameters for rare earth metals // 8th Korea-Russia

International Symposium «on Science and Technology KORUS 2004», Tomsk: TPU, Russia, Proc. KORUS-2004.- Vol. 2.- P. 215-217.

4. Герасимов B.A., Герасимов B.B. Термодинамические функции кристалла с нейтральными возбужденными атомами в его структуре // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2005.- № 3.- С. 36-41.

5. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V., Pavlinskiy A.V. Two Level Metal Vapor Lasers with Thermal Creation of Population Inversion // Physical Review Letters.- 2006.- Vol. 96.- 123902.

6. Герасимов B.A., Герасимов B.B. Особенности процесса термического испарения редкоземельных металлов // Известия высших учебных заведений. Физика.- 2006.- № 6.- С. 43-47.

Апробация работы.

Основное результаты диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях: II Всероссийская конференция молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии», 3-6 ноября 2003 г., Томск, Россия; 8th Korea-Russia International Symposium «on Science and Technology (KORUS 2004)», June 26 - July 3, 2004, Tomsk, Russia; VII International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers (AMPL-2005)", September 12-16, 2005, Tomsk, Russia; Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, 15-17 ноября 2006 г., Владивосток, Россия.

88

1. 1.oh T., Uzawa M., Uchikawa H. Formation processes of poliycrystallint LnBa2Cu3Ox (Ln = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) // J. Cryst. Growth. - 1988. - V.91. - № 3. - P.397 - 401.

2. Ног R.H., Meng R.L., Wang Y.Q. et al. Superconductivity above 90 К in the square planar compound system АВа2СизОб+х, where A = Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Ho, Er, Lu // Physical Review Letters. - 1987. - V.58. - №18. -P.1891 - 1894.

3. Asano H., Takita K., Katoh H. et al. Crystal structure of the high-rc superconductor LnBa2Cu307.5 (Ln = Sm, Eu and Gd) // Jpn. J. Appl. Phys.1987. V.26. - №8. - P.L1410 - L1412.

4. Octa A., Kiyoshima I., Sasaki Y. et al. Superconducting and magnetic properties in metamorphic phases of GdBa2Cu307.5 // Jpn. J. Appl. Phys.1988. V.27. - №2. - P.L227 - L230.

5. Asano H., Ishigaki T., Takita K. Crystal structure of the НоВа2СизОх superconductor determined by X-ray powder diffraction // Jpn. J. Appl. Phys.- 1987. V.26. - №5. - P.L715 - L715.

6. Poddar A., Mandai P., Choudhuri P. et al. Superconductivity in ABa2Cu307.x compounds where A = (Ri)x(R2)i-x and Rb R2 = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Dy, Zn, Nb, La // Physica C. 1988. - V. 153 - 155. - P.925 - 925.

7. Bansal S., Bansal T., Megreevy R. et al. Effects of heat-treatment on Y-Ba-Cu-0 and Y-Gd-Ba-Cu-0 superconductors // Mat. Res. Bull. 1988. - V.23.- №6. P.843 - 850.

8. Goncalves A., Santos I., Lopes E. et al. Transport properties of the oxides Yi.xPrxBa2Cu307.g (0 < x < 1): effect of band filling and lattice distortion onsuperconductivity // Physical Review B. 1988. - V.37. - №13. - P.7476 -7481.

9. Гавричев K.C., Горбунов B.E., Коновалова И.А. и др. Исследования ЬпВа2Сиз07.5 (Ln = Y, Gd, Но) методом калориметрии в интервале температур 8 300 К // Неорганические материалы. - 1988. - Т.24. - №9. -С.1500- 1509.

10. Высокотемпературная сверхпроводимость: Фундаментальные и прикладные исследования: Сб. статей. Вып. 1 / Под ред. Проф. А.А. Киселева. Л: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. - 686 с.

11. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников: Пер. с англ. / Под ред. Д.М. Гинзберга. М.: Мир, 1990. - 543 с.

12. Вонсовский С.В., Изюмов Ю.А., Курмаев Э.З. Сверхпроводимость переходных металлов, их сплавов и соединений. М.: Наука, 1977. 287 с.

13. Щепина Л.И., Бородина О.В., Ружников Л.И. Фототропные центры в лазерных системах на основе кристаллов редкоземельных гранатов // Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31. - Вып.6. - С.23 - 28.

14. Степихова М.В., Жигунов Д.М., Шенгуров В.Г. и др. Инверсная населенность уровней ионов эрбия при передаче возбуждения от полупроводниковой матрицы в структурах на основе кремния/германия // Письма в ЖЭТФ. 2005. - Т.81. - Вып. 10. - С.614-617.

15. Данилов В.П., Денкер Б.И., Жеков В.И. и др. Генерация трехмикронного излучения на кристаллах YAG:Er при резонансном возбуждении ионов активатора в нижний лазерный уровень // Письма в ЖТФ. 2006. - Т.32. -Вып.4.-С.40-44.

16. Бочков А.В., Загидулин А.В., Магда Э.П. и др. Генерация на переходе 3F4 3Н6 иона Тт3+ при прямом возбуждении состояния 3F4 излучениемгазового лазера с ядерной накачкой // Письма в ЖТФ. 2006. - Т.32. -Вып.19.-С.42-46.

17. Семашко В.В. Проблемы поиска новых твердотельных активных сред ультрафиолетового и вакуумно ультрафиолетового диапазонов спектра: роль фотодинамических процессов // Физика твердого тела. -2005. - Т.47. - Вып.8. - С. 1450 - 1454.

18. Cahuzac P. Raies laser infrarouges dans les vapours de terres rares et d'alcalineterreux // J. Physics. 1971. - V.32. - №7. - P.499 - 505.

19. Бохан П.A., Климкин В.M., Прокопьев В.Е. Газовый лазер на ионизированном европии // Письма в ЖЭТФ. 1973. - Т. 18. - №2. -С.80 - 82.

20. Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е. и др. Исследование лазера на самоограничивающихся переходах атома и иона европия // Квантовая электроника. 1977. - Т.4. - № 1. - С. 152 - 154.

21. Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е., Монастырёв С.С. Ионный гелий-европиевый газоразрядный лазер со средней мощностью 2 Вт // Письма в ЖТФ. 1977. - Т.З. - №9. - С.410 - 413.

22. Климкин В.М. Исследование газового лазера на парах иттербия // Квантовая электроника. 1975. - Т.2. - №3. - С.579 - 584.

23. Климкин В.М., Прокопьев В.Е., Соковиков В.Г. Исследование зависимости мощности генерации на ИК-линиях иттербия от частоты следования импульсов накачки // Квантовая электроника. 1981. - Т.8. -№1. - С.722 - 725.

24. Cahuzac P. Emission laser infrarouges dans lea vapeurs de thulium et d'ytterbium // Physics Letters. 1968. - V.27A. - №8. - P.473 - 474.

25. Cahuzac P. Emission laser infrarougea dans lea vapeura de terrea rarea // Physics Letters. 1970.-V.31A.-№10.-P.541 -542.

26. Герасимов B.A. Газоразрядный импульсный лазер на парах гольмия // Оптика и спектроскопия. 1999. - Т.87. - №1. - С. 156 - 158.

27. Герасимов В.А., Старкова JI.H. Генерация импульсного лазерного излучения в парах диспрозия // Оптика и спектроскопия. 2002. - Т.92. -№2. - С.335 -337.

28. Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е. Столкновительный газоразрядный лазер на ионизированных парах европия. I механизм возникновения инверсии // Квантовая электроника. - 1974. - Т.1. - №6. -С.1365- 1369.

29. Бохан П.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е. Столкновительный газоразрядный лазер на ионизированных парах европия // Квантовая электроника. 1974.-Т. 1.-№6.-С. 1370- 1378.

30. Климкин В.М. Исследование газового лазера на парах иттербия // Квантовая электроника. 1975. - Т.2. - №3. - С.579 - 584.

31. Герасимов В.А., Юнжаков Б.П. Исследование лазера на парах тулия // Квантовая электроника. 1989. - т. 16. - №12. - С.2386 - 2393.

32. Герасимов В.А., Старкова J1.H. Дискретно-перестраиваемый импульсный лазер на парах тулия // Письма в ЖТФ. 2001. - Т.27. -Вып.2.-С.51 -55.

33. Герасимов В.А., Павлинский А.В. Генерация лазерного излучения на атомарном переходе эрбия в смеси Er+Tm+He // Письма в ЖТФ. 2003. - Т.29. - Вып.23. - С.51 - 55.

34. Герасимов В.А., Павлинский A.B. Столкновительный газоразрядный лазер на парах тулия // Квантовая электроника. 2004. - Т.34, - №1, -С.5 - 7.

35. Шарипов Г.Л., Гайнетдинов Р.Х., Абдрахманов A.M. Аномальный изотропный эффект при многопузырьковой сонолюминесценции водных растворов хлорида тербия // Письма в ЖЭТФ. 2006. - Т.83. - Вып.2. -С.584 - 587.

36. Снигирева O.A., Соломонов В.И. Роль ионов Се в люминесценции фторида церия // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. - Вып.8. - С. 1392 - 1394.

37. Кривелевич С.А., Маковийчук М.И., Селюков Р.В. Сечения возбуждения и девозбуждения излучающих нанокластеров в кремнии, легированном редкоземельными металлами // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. -Вып.1. -С.13 - 16.

38. Тимошенко В.Ю., Шалыгина O.A., Лисаченко М.Г. и др. Люминесценция ионов эрбия в слоях кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния при сильном оптическом возбуждении // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. - Вып. 1. - С. 116 - 119.

39. Андреев Б.А., Красильник З.Ф., Яблонский А.Н. и др. Спектроскопия возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. - Вып.1. - С.83 -85.

40. Гусев О.Б., Войдак M., Клик M. и др. Возбуждение эрбия в матрице SiCbiSi-nc при импульсной накачке // Физика твердого тела. 2005. -Т.47.-Вып.1.-С.105- 107.

41. Потапов A.C., Родный П.А., Михрин С.Б., Магунов И.Р. Люминесцентные свойства празеодима в некоторых фторидах // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. - Вып.8. - С. 1386 - 1388.

42. Рандошкин В.В., Васильева Н.В., Колобанов В.Н. и др. Люминесценция Gd-содержащих монокристаллов гранатов при возбуждении синхротронным излучением // Письма в ЖТФ. 2006. - Т.32. - Вып.5. -С.19 - 23.

43. Kirm M., Makhov V.N., True M. et al. VUV-luminescence and excitation spectra of the heavy trivalent rare earth ions in fluoride matrices // Физика твердого тела. 2005. - Т.47. - Вып.8. - С. 1368 - 1375.

44. Редкоземельные ферро- и антиферромагнетики / К.П. Белов, М.А. Белянчикова, Р.З. Левитин, С.А. Никитин. М.: Наука, 1965. - 319 с.

45. Ирхин Ю.П. Электронное строение 4/оболочек и магнетизм редкоземельных металлов // Успехи физических наук. 1988. - Т. 154. -Вып.2. - С.321 -333.

46. Вертхайм Г., Хаусман А., Зандер В. Электронная структура точечных дефектов. -М.: Атомиздат, 1977. 198 с.

47. Губанов В.А., Курмаев Э.З., Ивановский А.Л. Квантовая химия твердого тела. М.: Наука, 1984. - 304 с.

48. Боголюбов H.A., Машаров С.И. Испарение атомно- и магнитоупорядоченных кристаллов с дефектами. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989.-209 с.

49. Абрамова И.Н., Александров Е.Б., Бонч-Бруевич A.M., Хромов В.В. Фотостимулированная десорбция атомов металлов с поверхности прозрачных диэлектриков // Письма в ЖЭТФ. 1984. - Т.39. - Вып.4. -С. 172 - 173.

50. Бонч-Бруевич A.M., Максимов Ю.Н., Пржибельский С.Г., Хромов В.В. Фотоэмиссия нейтральных атомов с поверхности металла // ЖЭТФ. -1987. Т.92. - Вып. 1. - С.285 - 290.

51. Бонч-Бруевич A.M., Вартанян Т.А., Максимов Ю.Н. и др. Фотоотрыв атомов от сплошной поверхности металла // ЖЭТФ. 1990. - Т.97. -Вып.6. - С.1761 - 1766.

52. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела: В 2 т. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. Т.2.-424 с.

53. Теренин А.Н. Избранные труды. Спектроскопия адсорбированных молекул и поверхностных соединений: В 3 т. JL: Наука, 1975. Т.З. -439 с.

54. Волькенштейн Ф.Ф. Физико-химия поверхности полупроводников. М.: Наука, 1973.-399 с.

55. Карлов Н.В., Прохоров A.M. Селективные процессы на границе раздела двух сред, индуцированные резонансным лазерным излучением // Успехи физических наук. 1977. - Т. 123. - Вып. 1. - С.57 - 82.

56. Menzel D., Gomer R. Desorption from metal surfaces by low-energy electrons // J. Chem. Phys. 1964. - V.41. - № 11. - P.3311 - 3328.

57. Antoniewicz P.R. Model for electron- and photon-stimulated desorption // Physical Review B. 1980. - V.21. - №9. - P.3811 - 3815.

58. Chuang T.J. Surface Science Report, №3. North-Holland Publishing Company, 1983. - V.3. - P.l - 105.

59. Lichtman D., Shapira Y. Chemistry and Physics of Solid Surfaces, V.II / Ed. by R. Vanselow. CRCPRGSS, Chemical Rubber Company, USA, 1983.

60. Hoheisel W., Jungmann К., Vollmer W. et al. Desorption stimulated by laser-induced surface-plasmon excitation // Physical Review Letters. 1988. -V.60. - №16. - P. 1649 - 1652.

61. Брандт Н.Б., Чудинов C.M. Электроны и фононы в металлах. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 1990. - 335 с.

62. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. -М.: Атомиздат, 1977. 284 с.

63. Бонч-Бруевич B.JI., Калашников С.Г. Физика полупроводников. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит, 1990. - 688 с.

64. Zweiback J., Smith R.A., Cowan Т.Е. et al. Nuclear Fusion Driven by Coulomb Explosions of Large Deuterium Clusters // Physical Review Letters. 2000. - V.84. - №12. - P. 2634 - 2637.

65. Крайнов В.П., Софронов A.B. Процессы рекомбинации в атомарных кластерах при облучении сверхсильным фемтосекундным лазерным импульсом // ЖЭТФ. 2006. - Т. 130. - Вып. 1. - С.43 - 47.

66. Ditmire Т., Donnelly Т., Rubenchik A.M. et al. Interaction of intense laser pulses with atomic clusters // Physical Review A. 1996. - V.53. - №5. - P. 3379-3402.

67. Вайнштейн JI.A., Собельман И.И., Юков E.A. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979.-320 с.

68. Буреева JI.A., Лисица B.C. Возмущенный атом. М.: ИздАТ, 1997. -464 с.

69. Biberman L.M., Vorobjov V.S., Jakubov I.T. Kinetics of Low Temperature Non-Equilibrium Plasma. New York: Plenum, 1987.

70. Bureeva L.A., Kato Т., Lisitsa V.S., Namba C. Quasiclassical theory of dielectronic recombination in plasmas // Physical Review A. 2002. - V.65. -№3.-032702.

71. Крайнов В.П., Смирнов Б.М. Излучательные процессы в атомной физике. М.: Высшая школа, 1983. - 288 с.

72. Brunner W. and Ritze Н.-Н. Conditions for XUV amplification considering recombination in clusters // Applied Physics В 1998. - V.67. - №1. - P.47 -51.

73. Mooradian A. Photoluminescence of metals // Physical Review Letters. -1969. V.22. - №5. - P. 185 - 187.

74. Павлинский A.B. Исследование лазеров с косвенным возбуждением верхних лазерных уровней: Дис. . канд. физ.-мат. наук. Томск, 2003. -113 с.

75. Matthew J.A.D., Gallon М.А. and Gallon Т.Е. Role of d screening in ion-excited electron emission from Ca // Physical Review B. 1997. - V.55. -№5. - P.2697 - 2700.

76. Герасимов B.A., Герасимов B.B. К вопросу об электронном строении поверхности редкоземельных металлов // Письма в ЖЭТФ. 2003. -Т.78. - Вып.5. - С.789 - 791.

77. Brewer Leo. High-Strength Materials. New York: Wiley, 1965.

78. Brewer Leo. Phase Stability in Metals and Alloys. New York: McCraw-Hill, 1967.

79. Brewer Leo. Bonding and structures of transition metals // Science . 1968. -V.161. -№3837.-P.115 - 122.

80. Аракелян B.C. Количественная связь между свойствами щелочных металлов и их атомными номерами // Доклады Академии Наук. 1999. -Т.364. - №. 1. - С.67 -71.

81. Brewer Leo. Energies of the electronic configurations of the lanthanide and actinide neutral atoms // J. Opt. Soc. Am. 1971. - V.61. - №8. - P.l 101 -1111.

82. Спицын В.И., Ионова Г.В. Некоторые закономерности в свойствах лантанидов // Доклады Академии Наук СССР. 1985. - Т.285. - С.945 -947.

83. Свойства неорганических соединений: Справочник / Под ред. Ефимова А.И., Белоруковой Л.П., И.В. Васильковой И.В. и др. JL: Химия, 1983. - 392 с.

84. Wyart J.F. Analysis of lanthanide atomic spectra: present state and trends // J. Opt. Soc. Am. 1978. - V.68. - №2. - P.l97 - 205.

85. Martin W.C., Zalubas R., Hagan L. ? // Nat. Bur. Stand. Ref. Data Ser. -1978.-V.60.

86. Brewer Leo. Energies of the electronic configurations of the singly, doubly, and triply ionized lanthanides and actinides // J. Opt. Soc. Am. 1971. -V.61. - №12.-P.1666- 1681.

87. Williams A.R. and Kiibler J. Cohesive properties of metallic compounds: Augmented-spherical-wave calculations // Physical Review B. 1979. -V.19. - №12. - P.6094 - 6118.

88. Volmer M. Kinetic der Phasenbildung. Dresden und Leipzig: Verlag von Theodor Steinkopff, 1933.-220 s.

89. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V., Pavlinskiy A.V. Two Level Metal Vapor Lasers with Thermal Creation of Population Inversion // Physical Review Letters. 2006. - V.96. - №12. - 123902.

90. Scovil H.E.D., Schulz-DuBois E.O. Three-level masers as heat engines // Physical Review Letters. 1959. - V.2. - №6. - P.262 - 263.

91. Schulz-DuBois E.O., Scovil H.E.D. USA Patent № 3015072 (1961).

92. Конюхов B.K., Прохоров A.M. Инверсная населенность при адиабатическом расширении газовой смеси // Письма в ЖЭТФ 1966. -Т.З. -Вып.11. -С.436-439.

93. Конюхов В.К., Прохоров A.M. Второе начало термодинамики и квантовые генераторы с тепловым возбуждением // Успехи физических наук. 1976. - Т. 119. - Вып.З. - С.541 - 550.

94. Neiger М., Kaesler W., Popp Н.-Р. Inversion of atomic resonance transitions by electron collisional dissociation // Applied Physics В 1985. - V.37. -P.73 -78.

95. Пенкин Н.П., Горшков B.H., Комаровский B.A. Радиационные времена жизни возбужденных состояний и силы осцилляторов спектральных линий некоторых атомов и ионов лантаноидов // Журнал прикладной спектроскопии. 1984. - Т.41. - Вып.4. - С.533 - 549.

96. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники: Пер. с англ. / Под ред. М.И. Меньшикова. М.: Мир, 1964. - 715 с.

97. Ferrar С.М. Copper-vapor laser with closed-cycle transverse vapor flow // IEEE J. Quantum Electron. 1973. - V.9. - P.856 - 857.

98. Vibrational Spectroscopy. Modern Trends / J.J. Turner; Ed. by A.J. Barnes and WJ. Orville-Thomas. New York: Elsevier, 1977. - Vol.A. - Chap.2.

99. Климкин B.M., Прокопьев B.E. Использование фотоэлектрических приемников с фотокатодами на основе Ag + О + Cs для регистрации и визуализации излучения лазеров в области 1-г2 мкм // Приборы и техника эксперимента. 1976. - № 5. - С.215 - 216.

100. Герасимов В.А., Герасимов В.В. Термодинамические функции кристалла с нейтральными возбужденными атомами в его структуре // Известия высших учебных заведений. Физика. 2005. - №3. - С.36 - 41.

101. Левич В.Г. Курс теоретической физики: В 2 т. 2-е изд., перераб. М.: Наука, 1969. Т.1.-912 с.

102. Абрикосов A.A. Основы теории металлов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.-520 с.

103. Герасимов В.А., Герасимов В.В. Особенности процесса термического испарения редкоземельных металлов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2006. - №6. - С.43 - 47.