Люмінесцентні властивості мікро- та нанофаз, вкраплених у галоїдні кристали

5. Voloshinovskii A. Luminescent characteristics of pure and Ce doped K₂LaCl₅ phase in KCl host / A.Voloshinovskii, G. Stryganyuk, G. Zimmerer, P. Rodnyi, O. Antonyak, S. Myagkota, P. Savchyn // Physica status solidi (a). 2005. Vol. 202, No 9. P. R101-R103.

6. Stryganyuk G. Luminescence of Pr³⁺ ions in K₂LaCl₅ microphase / G. Stryganyuk, P. Savchyn, Z. Khapko, O. Antonyak, A. Voloshinovskii, A. Vaskiv // HASYLAB Annual report 2007. 2007. P. 687-688.

7. Vistovskyy V. V. Luminescence of Ce doped LaCl₃ microcrystals incorporated into a single-crystalline NaCl host / V. V. Vistovskyy, P. V. Savchyn, G. B. Stryganyuk, A. S. Voloshinovskii, M. S. Pidzyrailo // Journal of Physics: Condensed Matter. 2008. Vol. 20, No 32. P. 325218-325223.

8. Савчин П. Квантово-розмірні ефекти у кристалах CsBX₃ (B = Pb, Sn; X = Cl, Br) / П. Савчин // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Еврика-2005”, 24-26 травня 2005 р.: збірник тез. Львів, 2005. С. 56.

9. Волошиновский А. С. Люминесцентные свойства микрокристаллов СsSnBr₃ в матрице СsBr / А. С. Волошиновский, С. В. Мягкота, П. В. Савчин, Т. М. Демкив // VI Международный украинско-российский семинар “Нанофизика и наноэлектроника”, 26-28 сентября 2005 г.: сборник тезисов - Киев, 2005. С. 71.

10. Savchyn P. V. Luminescent properties of Sn-based microcrystals embedded in CsBr matrix / P. V. Savchyn, S. V. Myagkota, A. S. Voloshinovskii, T. M. Demkiv, J. R. Datsjuk // 6-th European Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation - LUMDETR 2006, 19-23 June 2006: boоk of abstracts - Lviv (Ukraine), 2006. P. 220.

11. Савчин П. В. Оптико-електронні властивості мікрофази СsSnBr₃, диспергованої в матрицю СsBr / П. В. Савчин, Т. М. Демків, С. В. Мягкота, Г. Б. Стриганюк, А. С. Волошиновський, Л. С. Демків, Ю. Р. Дацюк // Міжрегіональний науковий семінар “Сучасні проблеми електроніки”, 31 січння-1 лютого 2008 р.: збірник тез. Львів, 2008. С. 54.

12. Savchyn P. New prospects: Pure and Ce doped K₂LaCl₅ phase embedded into KCl host / P. Savchyn, A. Voloshinovskii, G. Stryganyuk, P. Rodnyi, O. Antonyak, S. Myagkota, Z. Khapko // 6-th European Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation - LUMDETR 2006, 19-23 June 2006: boоk of abstracts - Lviv (Ukraine), 2006. P. 147.

13. Savchyn P. V. Luminescence properties of Pr³⁺ doped K₂LaCl₅ microcrystals / P. V. Savchyn, O. T. Antonyak, Z. A. Khapko, G. B. Stryganyuk, A. P. Vaskiv, A. S. Voloshinovskii // International Baltic Sea region conference “Functional materials and nanotechnologies”, 1-4 April 2008: boоk of abstracts - Riga, 2008. P. 97.

14. Стриганюк Г. Б. Сцинтиляционные параметры системы KX-LaX₃-CeX₃ / Г. Б. Стриганюк, В. В. Вистовский, П. В. Савчин, О. Т. Антонюк, З. А. Хапко, А. С. Волошиновский // Международная конференция “Инженерия сцинтилляционных материалов и радиационные технологии”. ИСМАРТ-2008, 17-21 ноября 2008 г.: сборник докладов. Харків, 2008. С. 85.

15. Савчин П. Особливості люмінесценції іонів Ce³⁺ в системі NaCl-LaCl₃-CeCl₃ / П. Савчин, В. Вітовський, Г. Стриганюк // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Еврика-2008”, 19-21 травня 2008 р.: збірник тез. Львів, 2008. С. B21.

16. Демків Т. Формування лантановмісних мікрокристалів у матрицях NaCl та КCl / Т. Демків, В. Вістовський, П. Савчин, Г. Стриганюк, А. Волошиновський, Л. Демків // IV міжнародна наукова конференція: “Фізика невпорядкованих систем”, 14-16 жовтня 2008 р.: збірник тез. Львів, 2008. С. 154-156.

17. Вістовський В. Люмінесценція іонів Ce³⁺ в системі NaCl-LaCl₃-CeCl₃ при оптичному та рентгенівському збудженні / В. Вістовський, П. Савчин, Г. Стриганюк, А. Волошиновський, М. Підзирайло // Школа-семинар: “Сцинтилляционные процессы и материалы для регистрации ионизирующего излучения”, 17-20 вересня 2008 р.: сборник докладов. Харків, 2008. С. 7.

18. Voloshinovskii A. S. Тhe La, Pb, Sn contained micro- and nanocrystals incorporated into AX (A=Cs, K, Na, Rb; X=Cl, Br, I) matriсes as materials for X-ray detectors / A. S. Voloshinovskii, P. V. Savchyn, G. B. Stryganyuk, S. V. Myagkota, V. V. Vistovskyy, O. T. Antonyak, Z. A. Khapko, I. D. Karbovnyk // 3^rd International Conference on Charged and Neutral Particles Chanelling Phenomena. Chanelling 2008, 25 October-1 November, 2008.: boоk of abstracts. Erice (Italy), 2008. P. 135-136.

АНОТАЦІЯ

Савчин П.В. Люмінесцентні властивості мікро- та нанофаз, вкраплених у галоїдні кристали. - Рукопис.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників та діелектриків. - Львівський національний університет імені Івана Франка. - Львів, 2009.

Дисертація присвячена вирішенню актуального завдання - вивчення прояву структурних особливостей композитних матеріалів на їх люмінесцентно-кінетичні та сцинтиляційні характеристики, спрямованої на розроблення фізичних основ щодо використання цих кристалів як швидкодіючих детекторів іонізуючого випромінювання. У процесі роботи отримано композитні матеріали на основі чистих й активованих іонами Ce³⁺ чи Pr³⁺ мікро- та нанокристалів типу CsBX₃ (B = Pb, Sn; X = Cl, Br), K₂LaCl₅ та LaCl₃, вкраплених у діелектричні матриці. На основі проведеного комплексу досліджень визначено люмінесцентно-кінетичні та сцинтиляційні параметри композитів, встановлено особливості механізмів релаксації й міграції високоенергетичних збуджень у цих кристалах, що вказує на збереження люмінесцентних характеристик відповідних монокристалів, одночасно забезпечуючи негігроскопічність матеріалів, та здешевлення вартості сцинтилятора завдяки використання меншій кількості рідкісно-земельного іонів.

Ключові слова: люмінесценція рідкісно-земельних іонів, перенесення енергії, екситон, світловихід, кінетика загасання, сцинтилятор.

АННОТАЦИЯ

Савчин П.В. Люминесцентные свойства микро- и нанофаз, вкрапленных в галоидные кристаллы. - Рукопись.

Диссертация на соисканиеc ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Львовский национальный университет имени Ивана Франко. - Львов, 2009.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи - изучению проявления структурных особенностей композиционных материалов, нацеленной на разработку физических основ использования этих кристаллов как быстродействующих детекторов ионизирующего излучения. В результате работы были получены композитные материалы на основе чистых и активированных ионами Ce³⁺ или Pr³⁺ микро- и нанокристаллы типа CsBX₃ (B = Pb, Sn; X = Cl, Br), K₂LaCl₅ и LaCl₃, вкрапленные в диэлектрические матрицы. На основании проведенного комплекса исследований были определены люминесцентно-кинетические и сцинтилляционные параметры композитов, были установлены особенности механизмов релаксации и миграции высокоэнергетических возбуждений в этих кристаллах, что указывает на сохранение люминесцентных характеристик соответствующих монокристаллов с исключением их гигроскопичности, и удешевление стоимости сцинтиллятора за счет использования меньшого количества редкоземельного иона.

Ключевые слова: люминесценция редкоземельных ионов, перенос энергии, экситон, световыход, кинетика затухания, сцинтиллятор.

ABSTRACT

P.V. Savchyn Luminescence properties of micro- and nanophases embedded in halide crystals. - Manuscript.

The thesis for a candidate degree of sciences in physics and mathematics by speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and insulators. - Ivan Franko National University of Lviv. - Lviv, 2009.

This thesis is devoted to the investigation of the influence of structure peculiarities in composite materials of “crystal in crystal” type in order to develop the physical basis for using these crystals as fast detectors of ionizing radiation. Peculiarities of relaxation, transformation and migration of high energy excitations in the CsBX₃ (B = Pb, Sn; X = Cl, Br), K₂LaCl₅ and LaCl₃ crystals, embedded into insulator matrices, were obtained during the complex investigation by luminescent-kinetics, scanning electron microscopy and X-ray diffraction methods.

Quantum confinement effects were revealed for K_0,8Cs_0,2Cl:Pb (1 mol.%) crystals due to CsPbCl₃ nanocrystals formation embedded into KCl matrix. In particular, the efficient luminescence intensity of CsPbCl₃ nanocrystals exceeds the intensity of respective single crystal at around 35 times despite the presence only around 3 volume % of this crystalline phase in the composite. The substantional shortening of luminescence decay time up to 0.2 ns and a constancy of this value with temperature increasing up to 50 K was also observed. The latter fact can be caused by the influence of two concurrent processes such as the nature shortening of the decay time with emission intensity increasing and the decreasing of the contribution of coherent excitons in total intensity.

The formation of СsSnBr₃ crystalline microphase was registered during long term annealing of СsBr:Sn (1 mol.%) crystal and due to a decomposition of methastable Сs₄SnBr₆ compound. The energy transfer to СsSnBr₃ microcrystals was revealed to be due to the reabsorption of Sn²⁺-v_c^- single centers emission, nearactivator excitons and, partly, self-trapped excitons of CsBr host.

It was shown the possibility of the formation of K₂LaCl₅:Ce, K₂LaCl₅:Pr microcrystals embedded into KCl host in the KCl-LaCl₃-CeCl₃, KCl-LaCl₃-PrCl₃ systems and one to the LaCl₃:Ce microcrystals incorporated into NaCl in the NaCl-LaCl₃-CeCl₃. The average diameter of such inclusions was estimated to be around 25 µm. Such the formation of microcrystals was proved based on the thermodynamic analysis of the processes occurred in these systems.

It was established that KCl-LaCl₃-CeCl₃ crystals preserve the luminescent-scintillation parameters of single crystal analogs. The scheme of scintillation mechanism was proposed for such composite materials. In particular, it was revealed that a scintillation pulse is formed by the part of the ionization track which is located inside the microphase and high energy charge carriers.

In the case of KCl-LaCl₃-PrCl₃ crystal it was shown that the luminescence of Pr³⁺ ions occurs mainly from ³P₀ level. At the same time fast radiative 5d>4f transitions were not observed. On the basis of the efficient excitation of Pr³⁺ luminescence in the region of the excitonic absorption of K₂LaCl₅ microphase and KCl matrix the presence of excitionic absorption mechanism for energy transfer to Pr³⁺ ions was established. The energy transfer can be realized due to the recombination of excition components with Pr³⁺ ion and by means of the reabsorption of Pr³⁺ ions of self-trapped or nearactivator exciton emission. The decreasing of the contribution of slow components in the decay kinetics of Ce³⁺ luminescence that was registered for the composites points out to the decreasing of the traps concentration for charge carriers in microcrystals relatively to single crystals.

Key words: luminescence of rare earth ions, energy transfer, exciton, light yield, decay kinetics, scintillator.

Размещено на Allbest.ru