ХАБАРШЫСЫ ВЕСТНИК

Қ АР АҒ АН Д Ы У Н И В Е Р С И Т Е Т I Н I Ң

ÕÀÁÀÐØÛÑÛ ÂÅÑÒÍÈÊ

К АР АГ АН Д И Н С К О Г О У Н И В Е Р С И Т Е Т А

ISSN 0142-0843 ФИЗИКА сериясы

№ 2(58)/2010

Серия ФИЗИКА Сəуір–мамыр–маусым 1996 жылдан бастап шығады

Жылына 4 рет шығады

Апрель–май–июнь Издается с 1996 года Выходит 4 раза в год

Собственник РГКП

Карагандинский государственный университет имени Е.А.Букетова

Бас редакторы — Главный редактор

Е.К.КУБЕЕВ,

академик МАН ВШ, д-р юрид. наук, профессор Зам. главного редактора М.Ж.Буркеев, д-р хим. наук Ответственный секретарь Г.Ю.Аманбаева, д-р филол. наук

Серияның редакция алқасы — Редакционная коллегия серии Т.А.Кукетаев, редактор д-р физ.-мат. наук;

К.М.Арынгазин, д-р пед. наук;

И.В.Брейдо, д-р техн. наук;

Н.Х.Ибраев, д-р физ.-мат. наук;

Л.М.Ким, д-р физ.-мат. наук К.К.Кусайынов, д-р техн. наук;

С.Д.Джуманов, д-р физ.-мат. наук (Узбекистан);

М.М.Кидибаев, д-р физ.-мат. наук (Кыргызстан);

З.Ж.Жанабаев, д-р физ.-мат. наук;

Г.В.Климушева, д-р физ.-мат. наук (Украина);

С.А.Кумеков, д-р физ.-мат. наук;

В.М.Лисицын, д-р физ.-мат. наук (Россия);

И.А.Огородников, д-р физ.-мат. наук (Россия);

Г.И.Пилипенко, д-р физ.-мат. наук (Россия);

С.В.Плотников, д-р физ.-мат. наук;

Л.А.Пунг, д-р физ.-мат. наук (Эстония);

М.П.Тонконогов, д-р техн. наук;

А.Ж.Турмухамбетов, д-р физ.-мат. наук;

К.Ш.Шункеев, д-р физ.-мат. наук;

Л.В.Чиркова, ответственный секретарь канд. техн. наук

Адрес редакции: 100028, г. Караганда, ул. Университетская, 28 Тел.: (7212) 77-03-69 (внутр. 1026); факс: (7212) 77-03-84.

Редакторы Ж.Т.Нұрмұханова Техн. редактор В.В.Бутяйкин

Издательство Карагандинского государственного университета

им. Е.А.Букетова 100012, г. Караганда,

ул. Гоголя, 38, тел., факс: (7212) 51-38-20

e-mail: [email protected] Басуға 28.06.2010 ж. қол қойылды.

Пiшiмi 6084 1/8.

Офсеттік қағазы.

Көлемi 10,75 б.т.

Таралымы 300 дана.

Бағасы келiсiм бойынша.

Тапсырыс № 421.

Подписано в печать 28.06.2010 г.

Формат 6084 1/8.

Бумага офсетная.

Объем 10,75 п.л. Тираж 300 экз.

Цена договорная. Заказ № 421.

Отпечатано в типографии издательства КарГУ

им. Е.А.Букетова

© Карагандинский государственный университет, 2010

Зарегистрирован Министерством культуры, информации и общественного согласия Республики Казахстан.

Регистрационное свидетельство № 1131–Ж от 10.03.2000 г.

М А З М Ұ Н Ы С О Д Е Р Ж А Н И Е

КОНДЕНСАЦИЯЛАНҒАН КҮЙДЕГІ ЗАТТАРДЫҢ ФИЗИКАСЫ

ФИЗИКА

КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ Балтабеков А.С., Көкетаев Т.Ə., Тулеғұ-

лов А.Д. Əр түрлі модификациялы Курроль тұздарындағы рекомбинациялық процестер механизмдерінің ерекшеліктері ... 4

Балтабеков А.C., Кукетаев Т.А., Тулегу- лов А.Д. Особенности механизмов рекомбина- ционных процессов в солях Курроля с раз- личными модификациями ... 4 Бижанова К.Б., Шүнкеев К.Ш. KCl кристал-

дары торы түйіндері арасында орналасқан га- логен атомдарының жеңіл катион-гомологтар- дың сапаларының өрісіндегі ассоциациясы ... 9

Бижанова К.Б., Шункеев К.Ш. Ассоциация междоузельных атомов галогена в кристаллах KCl в поле примеси легких катионов- гомологов ... 9 Бижанова К.Б., Шүнкеев К.Ш. Пластикалық

жəне серпімді деформация əсерінен KCl, KBr, KI кристалдарында радиациялық X3-орталық- тарының пайда болу механизмі ... 17

Бижанова К.Б., Шункеев К.Ш. Механизмы радиационного создания Х3-центров в кри- сталлах KCl, KBr и KI при пластической и упругой деформации ... 17 Жұмаділов Е.К., Мурашова З.Ф. YbMFe2O5,5

(M — Mg, Ca, Sr, Ba) ферриттерінің электро-

физикалық қасиеттері ... 24

Жумадилов Е.К., Мурашова З.Ф. Электрофи- зические свойства ферритов YbMFe2O5,5

(M — Mg, Ca, Sr, Ba) ... 24 Жарекешев И.Х. Кванттық нанокластерлерде-

гі электронның толқындық функцияларын итеративтік есептеп шығару ... 29

Zharekeshev I.Kh. Iterative Calculation of Elec- tron Wave Functions in Quantum Nanoclusters .... 29 Прмантаева Б.А. Протондардың глаубердің

теориясы аймағында ⁹Li ядросынан шашыра- тылуы ... 34

Прмантаева Б.А. Упругое рассеяние протонов на ⁹Li в рамках глауберовской теории ... 34 Смағұлов Ж.К. Кремнезем бетінде орналасқан

триплет күйлеріндегі молекулалардың өзара əрекеттесуі ... 39

Смагулов Ж.К. Бимолекулярные процессы взаимодействия триплетных молекул на по- верхности кремнезема ... 39 Юров В.М., Гученко С.А., Ыбыраев Н.Х. Құр-

ғақ үйкеліс жəне қатты денелердің беттік энергиясы ... 44

Юров В.М., Гученко С.А., Ибраев Н.Х. Сухое трение и поверхностная энергия твердых тел .. 44

ЖЫЛУ ФИЗИКАСЫ ЖƏНЕ

ТЕОРИЯЛЫҚ ЖЫЛУ ТЕХНИКАСЫ ТЕПЛОФИЗИКА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА

Құсайынов Қ.Қ., Смақова Н.С. Омаров Н.Н.

Екі жағы жартылай сфералармен аяқталатын айналмалы цилиндрдің аэродинамикасын зерттеу ... 52

Кусайынов К.К., Смакова Н.С., Омаров Н.Н.

Исследование аэродинамики вращающегося тела с округленными торцами ... 52

ТЕХНИКАЛЫҚ ФИЗИКА ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Есіркеев Е.М. MatLab + SIMULINK бағдарла-

масы бойынша жұмыс істейтін илек станының электр жабдықтарында жүретін физикалық үдерістердің үлгілерін жасау ... 57

Есиркеев Е.М. Моделирование физических процессов электрооборудования прокатных станов в программе MatLab+SIMULINK ... 57 Ефименко С.А., Портнов В.С., Тұрсынбае-

ва Ə.К., Маусымбаева А.Д. Росс сүзгілері ар- қылы мыс кендерінің рентгенорадиометрика- лық талдауы ... 64

Ефименко С.А., Портнов В.С., Турсунбае- ва А.К., Маусымбаева А.Д. Рентгенорадио- метрический анализ медных руд фильтрами Росса ... 64 Тұрсынбаева Ə.К. Үйінді сілтілеу кезіндегі

бөліктердің тығыздалынуы ... 69

Турсунбаева А.К. Уплотнение частиц при куч- ном выщелачивании ... 69 ФИЗИКАНЫҢ ƏДІСТЕМЕСІ МЕТОДИКА ФИЗИКИ

Гладков В.Е., Ли Е.Л. «Тұрақты электр тоғы»

тақырыбының мысалында қазіргі білім беру технологиялар элементтерін қолдану негізінде физиканы оқыту нəтижелігін жоғарлату ... 75

Гладков В.Е., Ли Е.Л. Повышение эффектив- ности обучения физике на основе использова- ния элементов современных образовательных технологий на примере темы «Постоянный электрический ток» ... 75

Гладков В.Е., Туребаева А.Е. «Механикалық жұмыс. Энергияның сақталу заңы» тақыры- бының мысалында кредиттік жүйенің оқыту элементтерін мектепте қолдану ... 79

Гладков В.Е., Туребаева А.Е. Использование элементов кредитной системы обучения в школе на примере темы «Механическая рабо- та. Закон сохранения энергии» ... 79 АВТОРЛАР ТУРАЛЫ МƏЛІМЕТТЕР ... 86 СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ ... 86

КОНДЕНСАЦИЯЛАНҒАН КҮЙДЕГІ ЗАТТАРДЫҢ ФИЗИКАСЫ ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

УДК 535.37:535.34:539.19

А.С.Балтабеков, Т.А.Кукетаев, А.Д.Тулегулов Карагандинский государственный университет им. Е.А.Букетова

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СОЛЯХ КУРРОЛЯ С РАЗЛИЧНЫМИ МОДИФИКАЦИЯМИ Таза жəне Tl⁺, Mn²⁺ немесе NO₃^- иондарымен активтенген KPO₃-ғы рекомбинациялық люминесценцияға зерттеу жүргізілді. Кристалл мен шыныда рекомбинациялық процестер əр түрлі температурада белсенді болатыны көрсетілді. Кристалдық калий метафосфаттағы ТСЛ-ң 100 К шыңы рекомбинацияның кемтікті механизміне негізделген. Шынытəріздес KPO3-гі ТСЛ-ң 260 К шыңы рекомбинацияның электронды механизміне байланысты.

The research of recombination luminescence in pure and doped by Tl⁺, Mn²⁺ or NO3- ions in KPO3 is carried out. It is shown, that in a crystal and glass the recombination processes are activated at dif- ferent temperatures. It is established, that the TL at 100 К in crystal of potassium metaphosphate is caused by hole the mechanism of recombination. In glasslike KPO3 the TL peak at 260 К is connected to the electronic mechanism of recombination.

Метафосфат калия KPO3 (соль Курроля) относится к группе соединений, обладающих в одном и том же температурном диапазоне двумя различными устойчивыми структурными модификациями — кристаллической и стеклообразной [1]. В кристаллической структуре каждый фосфатный анион свя- зан с двумя другими, и они образуют полимероподобные цепи. В стеклообразном состоянии анионы ориентированы случайным образом и не связаны друг с другом, т.е. полимероподобные цепи разру- шены. Это позволяет ставить задачи по изучению влияния типа структурной модификации на проте- кание радиационно-стимулированных процессов.

В настоящее время в кристаллическом и стеклообразном KPO₃ методом ЭПР установлен один тип радиационных дефектов — РО₃⁰, представляющий собой автолокализованную дырку [2, 3]. Ана- лиз литературных данных показал, что рекомбинационные процессы в этом соединении не изучены.

Целью данной работы является установление механизмов рекомбинации радиационных дефек- тов в метафосфате калия в различных структурных модификациях.

Порошкообразные образцы были получены термической дегидратацией монокристаллов KDP.

Известно [4], что при температуре 350 ^оС дигидрофосфат калия полностью теряет кристаллическую воду. Согласно литературным данным [2], после дегидратации монокристаллов KDP получается кри- сталлическая соль Курроля. При нагревании выше 600 ^оС и быстром охлаждении соль Курроля пере- ходит в стеклообразное состояние [3]. Тип полученного образца контролировался нами рентгенов- скими методами. Образцы, активированные различными ионами, были получены дегидратацией мо- нокристаллов KDP, содержащих соответствующие примесные ионы.

Облучение изучаемых образцов проводилось рентгеновскими лучами. Использован аппарат УРС-55а с молибденовой трубкой. Напряжение на рентгеновской трубке было 30 кВ, ток — 0,110 мА. Дозы облучения определялись с помощью ферросульфатного дозиметра Фрике [5].

На рисунке 1 приведена характерная кривая термостимулированной люминесценции (ТСЛ) для чистого кристаллического метафосфата калия. Из рисунка видно, что, после облучения образца рент- геновскими лучами при 80 К, кривая ТСЛ имеет доминирующий пик рекомбинационной люминес- ценции с максимумом при 100 К. В области 200–240 К наблюдается слабое свечение. Спектральный состав основного пика ТСЛ состоит из одиночной полосы излучения с максимумом 3,1 эВ. Мы вы-

полнили изотермический отжиг предварительно облученного кристаллического KPO3 при 90 К. В дальнейшем измерения кривых ТСЛ при различных дозах облучения показали, что пик ТСЛ при 100 К является элементарным.

Рис. 1. (а) — Кривые ТСЛ метафосфата калия в кристаллическом состоянии: 1 — доза облучения 2 кГр; 2 — 6 кГр; (б) — спектральный состав пика ТСЛ

При измерении температурной зависимости рекомбинационной люминесценции стеклообразно- го метафосфата калия получен результат, приведенный на рисунке 2. Сравнение кривых ТСЛ на ри- сунках 1 и 2 показывает, что в стеклообразном образце одиночный пик ТСЛ смещается в сторону вы- соких температур. Его максимум приходится на 260 К. Спектральный состав пика рекомбинационно- го свечения с максимумом при 260 К такой же, как у пика ТСЛ при 100 К в кристаллическом мета- фосфате калия.

Выше уже упоминалось, что в метафосфате калия установлен дырочный центр типа РО₃⁰. При облучении рентгеновскими квантами их возникновение, очевидно, связано с ионизацией анионов.

Следовательно, в данном соединении должны быть ловушки для свободных электронов. В кристал- лах KDP, по литературным данным, установлены дефекты PO32- [6]. Предполагается, что они возни- кают в результате захвата в кристалле KDP электронов дорадиационными ионами PO3-. Это позволя- ет предполагать, что рекомбинационные процессы в метафосфате калия связаны с взаимодействием дырочных центров PO30 с электронными РО32-.

Таким образом, мы связываем возникновение рекомбинационной люминесценции в метафосфа- те калия с термической активацией электронов или дырок. Порошкообразные образцы характеризу- ются высокой степенью дорадиационной дефектности. Обрывы полимероподобных цепей, очевидно, препятствуют миграции по ним электронов и дырок. Следовательно, появление слабого свечения в области 200–240 К в кристаллическом образце можно связать с дорадиационной дефектностью, при- водящей к частичной разупорядоченности анионной подрешетки.

2.5 3.0 3.5 эВ

б

80 120 160 200 240 Т, К 0

40 80 120 160

I, отн. ед.

1

2

а

Рис. 2. Кривая ТСЛ (а) и спектральный состав (б) пика ТСЛ для стеклообразного KPO3. Доза облучения — 4 кГр

При образовании электронных и дырочных центров часть из них, близко расположенных, сразу же рекомбинирует. Поскольку миграция радиационно-наведенных центров в стекле затруднена, сле- дует ожидать, что в стекле скорость накопления светосуммы в пиках ТСЛ должна быть выше, чем в кристалле. Экспериментально нами установлено, что накопление светосуммы в пике ТСЛ при 260 К в стеклообразном образце больше, чем в кристаллическом в пике свечения при 100 К.

Для установления знака рекомбинационного процесса были изучено влияние на рекомбинаци- онные процессы примесных ионов. Кристаллические и стеклообразные образцы были получены при дегидратации монокристаллов KDP–Mn²⁺, KDP–Tl⁺ и KDP–NO₃^-.

Для всех кристаллических образцов были получены кривые ТСЛ, подобные приведенным на ри- сунке 3. Наличие примесных ионов не приводит к появлению новых пиков ТСЛ. Меняется спек- тральный состав рекомбинационного свечения. Например, в KDP–Tl⁺ спектральный состав пика ТСЛ с максимумом при 100 К содержит две полосы излучения при 3,1 и 3,76 эВ. Первая полоса излучения характерна для матрицы, а вторая — для внутрицентровой люминесценции ионов одновалентного таллия [7]. При облучении ионизирующей радиацией ионы таллия могут быть ловушками для элек- тронов и дырок. Установлено, что после облучения рентгеновскими лучами выход фотолюминесцен- ции ионов одновалентного таллия уменьшается по сравнению с тем, что было до облучения. Это объ- ясняется тем, что при воздействии ионизирующей радиации происходит изменение зарядового со- стояния примесных ионов. Появление в пике ТСЛ при 100 К примесной люминесценции показывает, что радиационно-наведенные примесные центры являются центрами рекомбинации.

0

I, отн. ед.

120 160 200 240 280 Т, К 20

40 60

а

2.5 3.0 3.5 эВ

б

Рис. 3. Кривая ТСЛ KDP, активированного ионами марганца, после предварительной термообра- ботки до 350 ^оС. Дозы облучения — 50 Гр (1); 75 Гр (2); 100 Гр (3); 125 Гр (4); 150 Гр (5)

Рис. 4. Кривая ТСЛ (а) и спектральный состав (б) пика ТСЛ для кристалла KPO3–Tl⁺. Доза облучения — 4 кГр

120 160 200 240 280 320 Т, К

2.5 3.0 3.5 эВ

б

0 20 40 60

I, отн. ед.

а

1

2

80 120 160 200 240 280 300 Т, К 0

40 80 120 160 200

I, отн. ед.

1 2 3 5 4

Нитратные анионы NO3- являются эффективными ловушками для свободных электронов [8]. По- скольку вид кривых ТСЛ у кристаллических образцов KDP–Mn²⁺, KDP–Tl⁺ и KDP–NO₃^- одинаков, можно сделать вывод, что механизм рекомбинационной люминесценции при 100 К дырочный. В этой температурной области происходит термическая активация миграции автолокализованных дырок.

На рисунке 4 приведена кривая ТСЛ для стеклообразного метафосфата калия, активированного ионами таллия. Из рисунка 4 видно, что наличие примесных ионов приводит к появлению нового пи- ка ТСЛ. Он проявляется в виде плеча на высокотемпературном крыле пика ТСЛ матрицы. Изотерми- ческим отжигом при 260 К его удалось выделить (кривая 2). Оказалось, что спектральный состав но- вого пика свечения с максимумом при 305 К совпадает со спектральным составом пика ТСЛ матри- цы. Следовательно, можно утверждать, что в стеклообразном образце ионы таллия не являются цен- трами рекомбинации.

На рисунке 5 приведена зависимость выхода люминесценции одновалентного таллия от темпе- ратуры нагревания. Измерения проводились следующим образом: при 80 К образец KPO₃–Tl облу- чался рентгеновскими лучами; измерялась интенсивность примесной фотолюминесценции; затем об- разец нагревался до определенной температуры и вновь охлаждался до 80 К; снова измерялась интен- сивность примесной люминесценции и т.д. Поскольку образцы были порошкообразные, то измерение спектров оптического поглощения затруднено. О концентрации примесных ионов можно судить по выходу люминесценции. Из рисунка 5 видно, что при нагревании образца до 305 К происходит уве- личение выхода примесной люминесценции. Следовательно, при облучении происходит изменение зарядового состояния части ионов таллия, которые распадаются в области 305 К.

Рис. 5. Температурная зависимость выхода примесной люминесценции у предварительно облу- ченного KPO3–Tl⁺

Аналогичные результаты были получены для KDP–NO3- в стеклообразном состоянии. Наличие примесных анионов приводит к появлению нового пика ТСЛ при 175 К. Спектральный состав пиков ТСЛ при 175 К и 260 К одинаков и состоит из одной полосы излучения с максимумом при 3,1 эВ. По- лученные результаты позволяют утверждать, что механизм рекомбинационного процесса при 260 К в стеклообразном метафосфате калия является электронным, т.е. подвижный электрон рекомбинирует с неподвижной дыркой.

Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что в кристаллическом мета- фосфате калия в области 100 К реализуется дырочный механизм рекомбинационного процесса. В стеклообразном состоянии разупорядочение анионной подсистемы препятствует миграции дырок.

Механизм рекомбинационного процесса становится электронным.

0 20 40 60 80

I, отн. ед.

Список литературы

1. Кузьменков M.И., Печковский В.В., Плышевский С.В. Химия и технология метафосфатов. — Минск, 1985. — С. 25–64.

2. Hukuda K., Nakahara M., Kusumo N. ESR studies on gamma-irradiated (KPO3)n // J. Polymer Science: Polymer Physic. — 1970. — Vol. 8. — № 3 — P. 447–453.

3. Nakai Y. Electron Paramagnetic Resonance Study of γ-Ray Irradiated Phosphate Glasses // Bull. Chem. Soc. Japan. — 1964. — Vol. 37. — № 7. — P. 1084–1085.

4. Лепилина Р.Г., Смирнова Н.М. Термограммы неорганических фосфатных соединений. — Л.: Наука, 1984. — 270 с.

5. Штольц В., Бернхардт Р. Дозиметрия ионизирующих излучений. — Рига: Зинатне, 1982. — 142 с.

6. Tsushida K., Abe P., Naito M. Paramagnetic centers in potassium dihydrogen phosphate // Phys. Soc. Japan. — 1973. — Vol. 35. — № 3. — Р. 806–810.

7. Ким Л.М., Кукетаев Т.А., Балтабеков А.С., Тагаева Б.С. Рекомбинационная люминесценция в кристаллах КРО3–Tl //

Тезисы IV Уральского семинара ТТД-2008 по люминесцентным материалам и твердотельным детекторам ионизирую- щих излучений. — Екатеринбург, 2008. — С. 125.

8. Нурахметов Т. Электронные возбуждения и радиационные дефекты в гранецентрированных ЩГК и сульфатах щелоч- ных и щелочноземельных металлов: Автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук. — Алматы, 2001. — 23 с.

УДК 539.12.04

К.Б.Бижанова¹, К.Ш.Шункеев²

1Каспийский государственный университет технологии и инжиниринга им. Ш.Есенова, Актау;

2Актюбинский государственный педагогический институт

АССОЦИАЦИЯ МЕЖДОУЗЕЛЬНЫХ АТОМОВ ГАЛОГЕНА В КРИСТАЛЛАХ KCl В ПОЛЕ ПРИМЕСИ ЛЕГКИХ КАТИОНОВ-ГОМОЛОГОВ

Абсорбциялық спектроскопия əдісімен KCl кристалдарында түйінаралық галоген атомдары- ның (H-центрлер) қоспалы жеңіл катион (Li, Na) жəне Sr^{ }_с диполь құрамына кіретін ка- тиондық вакансия өрісінде əсерлесуінен туатын X₃^-радиациялық ақауларының табиғаты зерттелді. Эксперименттер мен есептеулер нəтижелері KCl-Li жəне KCl-Sr кристалдарында

 

 

 

Using the methods of absorption spectroscopy the creation mechanisms of X₃^-centers in KCl crys- tals at the association of interstitial halogen atoms (H-centers) in the field of cation-homologs of mi- nor radius (Li, Na) and cation vacancies (in Sr^{ }_с dipoles) are studied. On the basis of experimen- tal and calculation data it was registered that

 

 

 

Введение

В настоящее время процессы радиационного дефектообразования в щелочно-галоидных кри- сталлах (ЩГК) принято интерпретировать как безызлучательную релаксацию автолокализованных экситонов в анионной подрешетке, ведущую к рождению междоузельных атомов галоида (Н-центров), и электронов, локализованных в поле анионной вакансии (F-центров) [1].

Для ЩГК F-центры стабильны по крайней мере до 450500 К, а Н-центры уже выше 50 К стано- вятся подвижными и активно взаимодействуют между собой и с другими радиационными дефектами решетки. Поэтому эффективность радиационного дефектообразования в ЩГК при температурах, ко- гда Н-центры подвижны (Т > 50 К), определяется эффективностью их стабилизации.

В чистых ЩГК, когда отсутствуют мелкие ловушки для стабилизации Н-центров, главными комплементарными радиационными дефектами к F-центрам являются X₃^-центры, которые образу- ются при взаимодействии двух Н-центров —

 

a

 :

     

a a aca

       . (1)

В результате данной реакции в решетке образуется линейный трехгалоидный центр

 

 , за- нимающий один катионный (с) и два анионных (а) узла решетки [1] и дающий полосы поглощения в области 5,3 эВ в кристалле KCl.

Реакция (1) может осуществляться с большей эффективностью, если ассоциация Н-центров бу- дет происходить около катионов меньшего радиуса, чем основной катион (KCl–Li, KBr–Li, KCl–Na и т.д.), или в случае, если заранее созданы дивакансии ( _a^{ }_c) (например, пластической деформацией) и на их базе происходит перестройка кристаллической решетки с образованием

 

aca

 -центров.

Следует отметить, что когда ассоциация двух Н-центров происходит в поле катионных дефектов (_c^...M_i^), созданных при непосредственном распаде анионных экситонов, могут образовываться

 

 -центры, как пространственно разделенные с междоузельными диполями ( M X_i^ _i^), так и кор- релированные с парой междоузельников-

 

aca

   [1, 2].

Ассоциация междоузельного галогена в поле лития (Li) в KCl

В кристаллах KCl установлено, что полоса поглощения с максимумом 4,95 эВ термически раз- рушается в диапазоне температур 200–270 К, когда становятся подвижными одиночные катионные вакансии (_c^), интерпретирована как обусловленная

 

aca

  -центрами, а полоса поглощения с максимумом 5,3 эВ, максимально разрушающаяся при 400 К, приписана

 

aca

 -центрам [1–3].

В кристаллах KCl-Li при температурах выше температуры делокализации Н-центров их ассо- циация определяет природу и эффективность устойчивого радиационного дефектообразования в ре- шетке. Например, температура разрушения Н_А(Li)-центров в кристаллах KCl-Li и KBr-Li около 220 К.

От присутствия примесей может изменяться как структура ди-Н-образований, так и эффективность их радиационного создания.

В связи с этим методом абсорбционной спектроскопии проводили исследования механизмов об- разования

 

aca

 -центров в поле легкого примесного катиона в кристаллах KCl-Li.

При облучении рентгеновскими лучами кристалла KCl-Li при 80 К, кроме полос поглощения F-центров (2,26 эВ) и Н_А(Li)-центров (3,5 эВ и 4,2 эВ), возникает полоса поглощения с максимумом 5,2 эВ в области спектра Cl₃^-центров (рис. 1).

Исследование при 80 К спектров поглощения кристалла KCl-Li сразу после Х-облучения (кри- вая 1) и после F-подсветки (2а), а также после термического отжига Cl_3А-центра (4а, 5а и 2а рис. 1) показало, что поведение полос поглощения при 5,1 эВ (Cl₃^-область) и 6,4 эВ ( Cl_i^-область) скорре- лировано.

После F, F'-подсветки обесцвечиваются все полосы поглощения радиационных дефектов, однако наиболее существенно обесцвечиваются спектры поглощения радиационных дефектов в области Cl₃^- центров (рис. 1а). После прекращения оптической стимуляции путем импульсных отжигов терми- чески отжигались спектры поглощения, оставшиеся от радиационных дефектов. После нагрева до 310 К термически отжигаются спектры поглощения с максимумами при 3,5 и 4,2 эВ, а также 6,4 эВ.

Этот эффект интерпретируется тем, что при температурах 210–240 К происходит термическое разру- шение I_А(Li)- и Н_А(Li)-центров (кривая 3, рис. 1). При этом возрастает спектр поглощения Cl_3А-

центров, по-видимому, за счет ассоциации Н, НА(Li)-центров. При дальнейшем нагреве кристалла KCl-Li термически отжигаются Cl_3А-центры (360 К) и Cl₃-центры (400 К) с одновременным разру- шением F(2,29 эВ)-центров (см. кривые 4 и 5, также на вставке в).

2 3

4 5

6

3 2

1

5 4

3 2

1 0,5

1,0

Е, эВ

d

F

80K

KCl-LiCl

а)

5 6

0.2 0.1

d 3

2 в) 1

d

d

2 6 10 t, час

0.2 0.4

14

Cl_3A

б)

Н_А

 Cl₃^acaLii^Cli^ HA Li

Н_А

Рис. 1. Спектры поглощения кристалла KCl-Li при 80 К после рентгеновского облучения в течение 4 часов: а) 1 — сразу после облучения; 2 — после последующей F-подсветки при 80 К; 3, 4, 5 — после последующего нагрева до 310, 360 и 400 К соответственно. На вставке: б) Кривые нараста- ния числа НА(Li^)- и Cl₃^-центров в кристалле KCl-Li от времени Х-облучения при 80 К; в) 1 — по- глощение, уходящее при F-подсветке (разность кривых 1 и 2 (а)); 2, 3 — поглощение, уходящее при нагреве 310360 К и 360400 К соответственно

На рисунке 1б приведены кривые нарастания числа Н_А(Li)- и Cl₃^-центров кристалла KCl-Li при 80 К после рентгеновского облучения, из которого следует, что наблюдается сверхлинейный рост числа Cl₃^-центров по отношению к числу Н_А(Li)-центров. Аналогичная зависимость получена и при облучении кристалла KCl-Li при 200 К. Особенно убедительным подтверждением является факт по- следующего за насыщением Н_А(Li)-центров небольшого спада их числа при продолжающемся росте числа X₃^-центров (см. рис. 1б). Эти экспериментальные результаты являются подтверждением осу- ществления ассоциативного механизма создания катионных дефектов согласно реакции (3) в кри- сталле KCl-Li. Аналогичная квадратичная зависимость увеличения числа Cl_3z^ -центров от числа Н_z-центров была обнаружена для KCl-Sr в [4–6].

В KCl-Li, кроме Cl₃^-центров (полосы поглощения при 5,3 эВ), взамен (Cl₃^)_аса K Cl_i^ _i^-центров в чистом KCl (полоса поглощения при 4,9 эВ), вплоть до 300 К, эффективно создаются дисперсионные центры с полосой 5,1 эВ. По-видимому, эти центры имеют структуру (Cl₃^) Li Cl_i^ _i^ и образуются при взаимодействии подвижных Н-центров с Н_А(Li)-центрами. При этом диполи Li Cl_i^ _i^ возникают непо- средственно в ходе реакции, которую, учитывая структуру НА(Li)-центров в KCl, можно представить следующим образом:

 

   

ac a aca

       . (2)

Этот процесс аналогичен ассоциации Н-центров в чистом кристалле (см. реакцию (1)), но энер- гетически более выгоден, так как ион лития уже до реакции частично вытолкнут из катионного узла решетки (Li^ в Н_А(Li)-центре занимает нецентральное положение, т.е. смещен в соседнее тетраэдри- ческое междоузлие по направлению <111> [7]).

При осуществлении реакции (2) следует ожидать в кристалле KCl появления полосы поглоще- ния в районе спектра при 6,4 эВ, где должен находиться спектр поглощения I-подобного центра, т.е.

междоузельного иона хлора ( Cl_i^), входящего в состав (Cl₃^)_aca Li Cl_i^ _i^. С целью изучения этого во- проса были измерены при 80 К спектры возбужденного поглощения кристалла KCl-Li до 6,8 эВ.

Действительно, в спектре поглощения кристалла KCl-Li после рентгеновского облучения при 80 К, кроме известных полос поглощения радиационных дефектов (F-, Cl₃^-, Н_А(Li)-центров), зареги- стрирована новая полоса поглощения с максимумом при 6,4 эВ (рис. 1а).

В кристалле KCl-Li структура Н_А(Li)-центра, согласно экспериментальным данным электронно- парамагнитного резонанса (ЭПР), по ориентации резко отличается от других Н_А-центров. Направле- ние ориентации Н_А(Li)-центра в решетке KCl-Li ближе к оси [100], чем [110] из-за существенного различия размеров (в 2 раза) калия и лития. Известно, что литий в кристалле KCl-Li занимает не цен- тральное положение в катионном узле решетки, а смещен в направлении [111] в междоузлие [8, 9].

По данным ЭПР, ось Н_А(Li)-центра в кристалле KCl-Li отклонена от направления [100] на 26

[7, 8], в то время как Н-центр, т.е. (Cl )₂^{ 0}_a молекула, в регулярной решетке имеет ориентацию [110].

Таким образом, полученные экспериментальные результаты путем реализации комплексной ме- тодики свидетельствуют о том, что Cl_3А-центры в KCl-Li имеют структуру (Cl )₃^ _aca Li Cl_i^ _i^, согласно реакции (2) при взаимодействии двух Н-центров около Li^. В соответствии с этим (Cl )₃^ _aca) Li Cl_i^ _i^- центр характеризуется наличием двух полос поглощения с максимумами 5,1 и 6,35 эВ.

В кристаллах KCl-Sr нами обнаружены полосы поглощения при 5,6 и 6,4 эВ, которые симбатно отжигаюся при 375 К, по-видимому, соответствуют центру типа

   

aca

   , где присутству- ют Cl₃-молекула и междоузельный ион хлора

 

Таким образом, изложенные экспериментальные факты привели к заключению, что Cl_3A^ -центры в кристалле KCl-Li (полосы поглощения при 5,1 и 6,35 эВ) и Cl_3Z^ -центры в кристалле KCl-Sr (полосы поглощения 5,6 и 6,4 эВ), образующиеся при взаимодействии подвижных Н-центров с Н_A(Li^)- и Нz(Sr^)-центрами, имеют структуру

 

aca

   и

 

    соответственно.

Ассоциация междоузельного галогена в поле натрия (Na) в KCl

В кристалле KCl-Li из-за нецентрального положения лития в катионном узле решетки создается образование дипольного характера, состоящее из лития, частично занимающего катионный узел и частично катионную вакансию — Li_ic^ _c^. Несимметричное положение лития в катионном узле ре- шетки KCl-Li связано с тем, что размер иона лития в два раза меньше размера иона калия.

В кристалле KCl-Na соотношение ионных радиусов катионов составляет почти 1,4 раза, причем ион натрия расположен в центре катионного узла, т.е. занимает центрально-симметричное положе- ние, и Н_А(Na)-центр ориентирован в решетке близко к осям 110 [10].

В связи с эти очень интересно исследовать кристалл KCl-Na по аналогичной методике на пред- мет механизма образования Cl₃^-центров.

Для кристалла KCl-Na по спектру поглощения не обнаружено сверхлинейного роста числа Cl₃^- центров по отношению к росту числа Н_А-центров, из которого следует, что реакция взаимодействия между подвижными атомами галогена с НА(Na)-центрами, приводящая к созданию

 

aca

  -

центров, не реализуется.

Разложением спектров поглощения Х-облученных при 80 К кристаллов KCl-Na после отжига на- гревом до различных температур и измерением спектров при 80 К выделены «чистые» Cl₃^-центры при 5,3 эВ, примесные

 

aca

  -центры, характеризующиеся двумя полосами поглощения при 5,05 эВ и 6,4 эВ, как в случае KCl-Li.

По-видимому, в кристалле KCl-Na реакция Н–НА(Na)-взаимодействия по аналогии с кристаллом KCl-Li (2), как указано ниже, требует затрат больше энергии, чем Н–НА(Li)-взаимодействие

   

 

a a aca

       . (3)

По-видимому, реакция (3) реализуется при последующем взаимодействии двух подвижных ато- мов галогена в поле катионных дефектов ( ...Na ),_c^ _i^ созданных при распаде электронных возбужде- ний. На основе изучения спектров поглощения Х-облученных при 80 К кристаллов KCl-Na установ- лено, что присутствие в KCl примеси натрия (10^–4) увеличивает в ~3 раза эффективность радиацион- ного создания Cl₃^-центров, в состав которых входит катионная вакансия ( )_c^ .

Из этого следует, что имеется другой канал создания катионных дефектов в кристаллах KCl-Na в отличие от KCl-Li. Одной из возможностей, по-видимому, является безызлучательный распад экси- тонов около натрия с рождением катионных вакансий и междоузельных ионов натрия ( ...Na )_c^ _i^ .

На основании экспериментальных данных [11], при дальнейшем исследовании мы исходили из того, что в кристалле KCl-Na фотонами с энергией в области 7,597,65 эВ непосредственно создают- ся экситоны около Na⁺, излучательный распад которых проявляется в полосе излучения около 2,8 эВ.

Поиск прямых проявлений распада автолокализованных экситонов в поле