Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅
Представлен обзор результатов исследования энергетического спектра, каналов релаксации энергии и динамики электронных возбуждений оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu SiO₅ и Gd SiO₅. Показано, что кристаллическое поле лигандов неэквивалентных катионных узлов в этих кристаллах сохраняет кв...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128709 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ / Ю.В. Малюкин, П.Н. Жмурин, Б.В. Гринев, В.П. Семиноженко, Н.В. Знаменский, Э.А. Маныкин, Е.А. Петренко, Т.Г. Юкина // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1083-1091. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859908216257773568 |
|---|---|
| author | Малюкин, Ю.В. Жмурин, П.Н. Гринев, Б.В. Семиноженко, В.П. Знаменский, Н.В. Маныкин, Э.А. Петренко, Е.А. Юкина, Т.Г. |
| author_facet | Малюкин, Ю.В. Жмурин, П.Н. Гринев, Б.В. Семиноженко, В.П. Знаменский, Н.В. Маныкин, Э.А. Петренко, Е.А. Юкина, Т.Г. |
| citation_txt | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ / Ю.В. Малюкин, П.Н. Жмурин, Б.В. Гринев, В.П. Семиноженко, Н.В. Знаменский, Э.А. Маныкин, Е.А. Петренко, Т.Г. Юкина // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1083-1091. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Представлен обзор результатов исследования энергетического спектра, каналов релаксации энергии и динамики электронных возбуждений оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu SiO₅ и Gd SiO₅. Показано, что кристаллическое поле лигандов неэквивалентных катионных узлов в этих кристаллах сохраняет квазисимметрию искаженных октаэдра и тетраэдра, ионы активатора Pr³⁺ неравномерно распределены по неэквивалентным катионным узлам Y₂SiO₅. При высоких концентрациях ионов активатора (>1 ат.%) в кристалле Y₂SiO₅ наблюдается тушение люминесценции, связанное с миграцией и захватом на ловушки энергии электронных возбуждений оптических центров. Для Y₂SiO₅ : Pr³⁺ проанализирован не свойственный для кристаллов низкотемпературный механизм дефазировки оптических переходов Pr³⁺, обусловленный взаимодействием примесных ионов с двухуровневыми системами многоямного адиабатического потенциала.
Подано огляд результатів дослідження енергетичного спектрa, каналів релаксації енергії та динаміки електронних збуджень оптичних центрів Pr³⁺ в кристалах Y₂SiO₅, Lu SiO₅ и Gd SiO₅. Показано, що кристалічне поле лігандів нееквівалентних катіоннихвузлів у цих кристалах зберігає квазісиметрію спотворених октаедрa та тетраедрa іони активатора Pr³⁺ нерівномірно розподіляються по нееквівалентних катіонних вузлах Y₂SiO₅. При високих концентраціях іонів активатора (> 1 ат.%) в кристалі Y₂SiO₅ спостерігається гасіння люмінесценції, що пов'язано з міграцією та захопленням напастки енергії електронних збуджень оптичних центрів. Для Y₂SiO₅ : Pr³⁺ проаналізованоне властивий для кристалів низькотемпературний механізм дефазіровки оптичних пере-ходів Pr³⁺, обумовлений взаємодією домішкових іонів з дворівневими системами багатоямного адіабатичного потенціалу.
The results of investigations of the energy spectrum, energy relaxation channels, and dynamics of electronic excitations of Pr³⁺ optical centers in Y₂SiO₅, Lu SiO₅ and Gd SiO₅.crystals are reviewed. It is shown that the crystal field of the ligands of nonequivalent cationic sites in these crystals preserves the quasisymmetry of distorted octahedra and tetrahedra; the Pr³⁺ activator ions are nonuniformly distributed over the nonequivalent cationic sites in Y₂SiO₅. For high concentrations of activator ions (>1at.%) in Y₂SiO₅ crystals, the luminescence is quenched as a result of the migration and trapping of the electronic excitations energy of optical centers by traps. For Y₂SiO₅ : Pr³⁺ the low-temperature mechanism of dephasing of the optical transitions of Pr³⁺, which is not characteristic for crystals and is due to the interaction of impurity ions with two-level systems of a multiwall adiabatic potential, is analyzed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:01:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10, ñ. 1083–1091
Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïðèðîäà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ
Pr3+ â êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5
Þ. Â. Ìàëþêèí, Ï. Í. Æìóðèí, Á. Â. Ãðèíåâ, Â. Ï. Ñåìèíîæåíêî
Èíñòèòóò ìîíîêðèñòàëëîâ ÍÀÍ Óêðàèíû, ïð. Ëåíèíà, 60, ã. Õàðüêîâ, 61001, Óêðàèíà
E-mail: malyukin@isc.kharkov.com
Í. Â. Çíàìåíñêèé, Ý. À. Ìàíûêèí, Å. À. Ïåòðåíêî, Ò. Ã. Þêèíà
Ðîññèéñêèé íàó÷íûé öåíòð «Êóð÷àòîâñêèé èíñòèòóò»
óë. Êóð÷àòîâà, 1, ã. Ìîñêâà, 123182, Ðîññèÿ
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16 ìàÿ 2002 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 11 èþíÿ 2002 ã.
Ïðåäñòàâëåí îáçîð ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà, êàíàëîâ
ðåëàêñàöèè ýíåðãèè è äèíàìèêè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â
êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5 è Gd2SiO5. Ïîêàçàíî, ÷òî êðèñòàëëè÷åñêîå ïîëå ëèãàíäîâ
íåýêâèâàëåíòíûõ êàòèîííûõ óçëîâ â ýòèõ êðèñòàëëàõ ñîõðàíÿåò êâàçèñèììåòðèþ
èñêàæåííûõ îêòàýäðà è òåòðàýäðà, èîíû àêòèâàòîðà Pr3+ íåðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåíû ïî
íåýêâèâàëåíòíûì êàòèîííûì óçëàì Y2SiO5 . Ïðè âûñîêèõ êîíöåíòðàöèÿõ èîíîâ àêòè-
âàòîðà (>1 àò.%) â êðèñòàëëå Y2SiO5 íàáëþäàåòñÿ òóøåíèå ëþìèíåñöåíöèè, ñâÿçàííîå ñ
ìèãðàöèåé è çàõâàòîì íà ëîâóøêè ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ.
Äëÿ Y2SiO5 : Pr3+ ïðîàíàëèçèðîâàí íå ñâîéñòâåííûé äëÿ êðèñòàëëîâ íèçêîòåìïåðàòóðíûé
ìåõàíèçì äåôàçèðîâêè îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ Pr3+, îáóñëîâëåííûé âçàèìîäåéñòâèåì ïðè-
ìåñíûõ èîíîâ ñ äâóõóðîâíåâûìè ñèñòåìàìè ìíîãîÿìíîãî àäèàáàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà.
Ïîäàíî îãëÿä ðåçóëüòàò³â äîñë³äæåííÿ åíåðãåòè÷íîãî ñïåêòða, êàíàë³â ðåëàêñàö³¿
åíåð㳿 òà äèíàì³êè åëåêòðîííèõ çáóäæåíü îïòè÷íèõ öåíòð³â Pr3+ â êðèñòàëàõ Y2SiO5,
Lu2SiO5 ³ Gd2SiO5 . Ïîêàçàíî, ùî êðèñòàë³÷íå ïîëå ë³ãàíä³â íååêâ³âàëåíòíèõ êàò³îííèõ
âóçë³â ó öèõ êðèñòàëàõ çáåð³ãຠêâàç³ñèìåòð³þ ñïîòâîðåíèõ îêòàåäða òà òåòðàåäða ³î-
íè àêòèâàòîðà Pr3+ íåð³âíîì³ðíî ðîçïîä³ëÿþòüñÿ ïî íååêâ³âàëåíòíèõ êàò³îííèõ âóçëàõ
Y2SiO5. Ïðè âèñîêèõ êîíöåíòðàö³ÿõ ³îí³â àêòèâàòîðà (> 1 àò.%) â êðèñòàë³ Y2SiO5
ñïîñòåð³ãàºòüñÿ ãàñ³ííÿ ëþì³íåñöåíö³¿, ùî ïîâ’ÿçàíî ç ì³ãðàö³ºþ òà çàõîïëåííÿì íà
ïàñòêè åíåð㳿 åëåêòðîííèõ çáóäæåíü îïòè÷íèõ öåíòð³â. Äëÿ Y2SiO5 : Pr3+ ïðîàíàë³çîâàíî
íå âëàñòèâèé äëÿ êðèñòàë³â íèçüêîòåìïåðàòóðíèé ìåõàí³çì äåôàç³ðîâêè îïòè÷íèõ ïåðå-
õîä³â Pr3+, îáóìîâëåíèé âçàºìî䳺þ äîì³øêîâèõ ³îí³â ç äâîð³âíåâèìè ñèñòåìàìè áàãàòî-
ÿìíîãî àä³àáàòè÷íîãî ïîòåíö³àëó.
PACS: 78.20.–e, 42.70.Gi
Ââåäåíèå
Êðèñòàëëè÷åñêèå ìàòðèöû Y SiO2 5, Lu2SiO5 è
Gd2SiO5, ïðèíàäëåæàùèå ê ñåìåéñòâó îêñèîðòî-
ñèëèêàòîâ ñ îáùåé ôîðìóëîé RE2(SiO4)O
(RE = Y, La–Lu), îáëàäàþò âûñîêèì îïòè÷åñêèì
êà÷åñòâîì, øèðîêèì äèàïàçîíîì ïðîçðà÷íîñòè è
ïîçâîëÿþò ââîäèòü äîñòàòî÷íî âûñîêèé ïðîöåíò
èîíîâ àêòèâàòîðà (äî 10 àò. %) áåç óõóäøåíèÿ èõ
ñòðóêòóðíîãî è îïòè÷åñêîãî ñîâåðøåíñòâà [1–5].
Ïîýòîìó âåäóòñÿ èíòåíñèâíûå ðàçðàáîòêè íîâûõ
ëàçåðíûõ è ñöèíòèëëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ íà îñ-
íîâå äîïèðîâàííûõ îêñèîðòîñèëèêàòîâ. Âûñîêàÿ
õèìè÷åñêàÿ è ôîòîõèìè÷åñêàÿ ñòîéêîñòü îêñè-
îðòîñèëèêàòîâ îáåñïå÷èâàåò èõ ïåðñïåêòèâíîå
èñïîëüçîâàíèå â äèñïëåéíûõ òåõíîëîãèÿõ [6].
 ïîñëåäíåå âðåìÿ ñðåäè îêñèîðòîñèëèêàòîâ íàé-
äåíû ýôôåêòèâíûå ñöèíòèëëèðóþùèå ñèñòåìû:
Y2SiO5:Ce3+, Gd2SiO5:Ce3+, Lu2SiO5:Ce3+ [7–9].
© Þ. Â. Ìàëþêèí, Ï. Í. Æìóðèí, Á. Â. Ãðèíåâ, Â. Ï. Ñåìèíîæåíêî, Í. Â. Çíàìåíñêèé, Ý. À. Ìàíûêèí, Å. À. Ïåòðåíêî,
Ò. Ã. Þêèíà, 2002
 êðèñòàëëàõ îêñèîðòîñèëèêàòîâ ñóùåñòâóþò
äâà òèïà êàòèîííûõ óçëîâ, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ
óäåëüíûìè îáúåìàìè è êîîðäèíàöèîííûìè ÷èñ-
ëàìè è ïðîÿâëÿþò ðàçëè÷íûå ôèçèêî-õèìè÷åñêèå
ñâîéñòâà [1,5,10]. Ýòè îñîáåííîñòè ïîçâîëÿþò
ðàññìàòðèâàòü âîçìîæíîñòü ñåëåêòèâíîãî äîïèðî-
âàíèÿ êàòèîííûõ óçëîâ ðåäêîçåìåëüíûìè èîíàìè
ñ ðàçíûìè èîííûìè ðàäèóñàìè, à òàêæå ñòàáèëè-
çèðîâàòü ðàçíûå ôîðìû âàëåíòíîñòè ïðèìåñíûõ
èîíîâ. Ãëóáîêîå èçó÷åíèå ïðèðîäû îïòè÷åñêèõ
öåíòðîâ â êðèñòàëëàõ îêñèîðòîñèëèêàòîâ ìîæåò
ñïîñîáñòâîâàòü ïîÿâëåíèþ óíèêàëüíûõ òåõíè÷å-
ñêèõ ðåøåíèé ïðè ñîçäàíèè ëàçåðíûõ ìàòåðèàëîâ
ñ ýôôåêòèâíûìè ñõåìàìè àï-êîíâåðñèè è ñöèí-
òèëëÿöèîííûõ ìàòåðèàëîâ íà îñíîâå áûñòðûõ
f–d-ïåðåõîäîâ ðåäêîçåìåëüíûõ èîíîâ [11,12].
Îïòè÷åñêèå è ëþìèíåñöåíòíûå ñâîéñòâà ïðè-
ìåñíûõ èîíîâ îïðåäåëÿþòñÿ â îñíîâíîì ìèêðî-
ñòðóêòóðîé èõ êðèñòàëëè÷åñêîãî îêðóæåíèÿ è â
ìåíüøåé ñòåïåíè çàâèñÿò îò ìàêðîñêîïè÷åñêèõ
ñâîéñòâ êðèñòàëëà. Â öèêëå ðàáîò [13–24] óñòà-
íîâëåíû êâàçèñèììåòðèÿ íåýêâèâàëåíòíûõ êàòè-
îííûõ óçëîâ êðèñòàëëîâ Y2SiO5 (YSO), Lu2SiO5
(LSO) è Gd2SiO5 (GSO) è ïàðàìåòðû êðèñòàëëè-
÷åñêîãî ïîëÿ; îñîáåííîñòè çàñåëåíèÿ èîíàìè àê-
òèâàòîðà Pr3+ íåýêâèâàëåíòíûõ êàòèîííûõ óçëîâ
YSO; ìèãðàöèÿ è çàõâàò íà ëîâóøêè ýíåðãèè
ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé ïðè áîëüøîé ïëîòíî-
ñòè öåíòðîâ àêòèâàöèè Pr3+; ìíîãîÿìíûé àäèàáà-
òè÷åñêèé ïîòåíöèàë îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â
êðèñòàëëå YSO è òåðìîñòèìóëèðîâàííûå òóí-
íåëüíûå ïåðåõîäû ïðèìåñíîãî èîíà Pr3+ ìåæäó
ìèíèìóìàìè àäèàáàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà. Ñîâî-
êóïíîñòü ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðå-
çóëüòàòîâ è îïðåäåëåíèå ÷èñëåííûõ çíà÷åíèé
ðÿäà ïàðàìåòðîâ ïîçâîëÿþò ñóùåñòâåííî ïðîäâè-
íóòüñÿ â ïîíèìàíèè ìèêðîñêîïè÷åñêîé ïðèðîäû
öåíòðîâ àêòèâàöèè Pr3+ â êðèñòàëëàõ YSO, LSO
è GSO, à òàêæå ñîçäàòü íàó÷íûé ôóíäàìåíò äëÿ
äàëüíåéøèõ ìàòåðèàëîâåä÷åñêèõ ðàçðàáîòîê îï-
òè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ íà îñíîâå îêñèîðòîñèëè-
êàòîâ.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ
îáñóæäåíèå
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå óñòàíîâêè è äåòàëè ïðîâå-
äåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïîäðîáíî îïèñàíû â
[13–24]. Êðèñòàëëû Y2SiO5:Pr3+ , Lu2SiO5:Pr3+
è Gd2SiO5:Pr3+ áûëè âûðàùåíû Á. È. Ìèíêîâûì
â Èíñòèòóòå ìîíîêðèñòàëëîâ ÍÀÍ Óêðàèíû.
Íèæå ïðåäñòàâëåí àíàëèç îñíîâíûõ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ, ïîçâîëèâøèõ óòî÷íèòü
ñòðóêòóðó êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ êàòèîííûõ óç-
ëîâ YSO, LSO è GSO è îñîáåííîñòè âõîæäåíèÿ
ïðèìåñíûõ èîíîâ Pr3+ â êàòèîííûå óçëû. Âî èç-
áåæàíèå ãðîìîçäêîñòè àíàëèçà îïóùåíû
âòîðîñòåïåííûå ôàêòû.
Ñïåêòðîñêîïèÿ ïîãëîùåíèÿ è ñåëåêòèâíàÿ
ñïåêòðîñêîïèÿ îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â
êðèñòàëëàõ YSO, LSO è GSO
Äëÿ àíàëèçà ñòðóêòóðû êðèñòàëëè÷åñêîãî ïî-
ëÿ êàòèîííûõ óçëîâ YSO, LSO è GSO â êà÷åñòâå
çîíäà èñïîëüçîâàíû îñîáåííîñòè ðàñùåïëåíèÿ
ïÿòèêðàòíî âûðîæäåííîãî 1D2 òåðìà Pr3+ íà
øòàðêîâñêèå êîìïîíåíòû ïîä äåéñòâèåì íèçêî-
ñèììåòðè÷íîãî êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ. Òåðì 1D2
ïðèâëåêàòåëåí â ïåðâóþ î÷åðåäü òåì, ÷òî õîðîøî
îòäåëåí çíà÷èòåëüíûìè ýíåðãåòè÷åñêèìè èíòåð-
âàëàìè îò äðóãèõ òåðìîâ èîíà Pr3+ [14,18,20,22].
Ýòî ïîçâîëÿåò íàäåæíî èíòåðïðåòèðîâàòü ñïåê-
òðàëüíûå ëèíèè, ñîîòâåòñòâóþùèå îïòè÷åñêèì
ïåðåõîäàì íà øòàðêîâñêèå êîìïîíåíòû 1D2. Êðî-
ìå òîãî, âîçíèêàþùåå ïðè ðàñùåïëåíèè òåðìà
1D2 ÷èñëî øòàðêîâñêèõ êîìïîíåíò â îïðåäåëåí-
íîì ñìûñëå ÿâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì. Òàê, ïðè ðàñ-
ùåïëåíèè òåðìà ñ J �1 îáðàçîâàâøèõñÿ øòàðêîâ-
ñêèõ êîìïîíåíò ñëèøêîì ìàëî, ÷òîáû îòñëåäèòü
îñîáåííîñòè ñòðóêòóðû êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ, à
äëÿ J � 2 — ñëèøêîì ìíîãî. Âîçìîæíî ñëó÷àéíîå
âûðîæäåíèå èëè î÷åíü áëèçêîå ðàñïîëîæåíèå
øòàðêîâñêèõ êîìïîíåíò, ÷òî çíà÷èòåëüíî óñëîæ-
íÿåò èíòåðïðåòàöèþ ñïåêòðîâ [18,20,21].
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû ôðàãìåíòû ñïåêòðîâ
ïîãëîùåíèÿ YSO, LSO è GSO ñ ó÷àñòèåì øòàð-
êîâñêèõ êîìïîíåíò òåðìà 1D2 èîíîâ Pr3+ [20,21].
Ïîñêîëüêó òî÷å÷íàÿ ñèììåòðèÿ êàòèîííûõ óçëîâ
YSO, LSO è GSO ïðåäåëüíî íèçêàÿ (Ñ1), îñíîâ-
íîé òåðì 3H4 èîíà Pr3+ äîëæåí ðàñùåïèòüñÿ íà
äåâÿòü, à òåðì 1D2 — íà ïÿòü øòàðêîâñêèõ êîì-
ïîíåíò [18,20,21], ÷òî äåéñòâèòåëüíî íàáëþäà-
ëîñü íàìè ýêñïåðèìåíòàëüíî [20,21]. Ïðè ãå-
ëèåâîé òåìïåðàòóðå èç äåâÿòè øòàðêîâñêèõ
êîìïîíåíò òåðìà 3Í4 çàñåëåíà òîëüêî íèæíÿÿ
êîìïîíåíòà, ïîýòîìó â ñïåêòðå ïîãëîùåíèÿ äîëæ-
íî íàáëþäàòüñÿ ïÿòü ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé, ñîîò-
âåòñòâóþùèõ îïòè÷åñêèì ïåðåõîäàì íà ïÿòü
øòàðêîâñêèõ êîìïîíåíò 1D2. Îäíàêî êàæäûé
ôðàãìåíò ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ íà ðèñ. 1 ñîäåðæèò
äåñÿòü ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé âìåñòî ïÿòè. Èõ
ìîæíî ðàçáèòü íà äâå ãðóïïû ëèíèé ïî ïÿòü â êà-
æäîé (ëèíèè ïðîíóìåðîâàíû öèôðîé è öèôðîé
ñî çâåçäî÷êîé). Ñïåêòðàëüíûå ëèíèè, îòìå÷åí-
íûå öèôðîé ñî çâåçäî÷êîé, íà ïîëóâûñîòå çíà÷è-
òåëüíî óæå, ÷åì ñïåêòðàëüíûå ëèíèè, îòìå÷åííûå
òîëüêî öèôðîé [18,20,21]. Èçó÷åíèå ñåëåêòèâíîé
ëþìèíåñöåíöèè êðèñòàëëîâ YSO, LSO è GSO
ïîçâîëèëî ïîêàçàòü, ÷òî ýòèì ãðóïïàì ñïåêòðàëü-
1084 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
Þ. Â. Ìàëþêèí è äð.
íûõ ëèíèé íà ðèñ. 1 ñîîòâåòñòâóþò äâà ðàçíûõ
ñïåêòðà ëþìèíåñöåíöèè. Âðåìåííûå ïàðàìåò-
ðû çàòóõàíèÿ ëþìèíåñöåíöèè òàêæå ðàçëè÷àþòñÿ
[20,21]. Íà îñíîâàíèè ýòèõ ôàêòîâ â [18,20,21]
ñäåëàí âûâîä, ÷òî âûäåëåííûå ãðóïïû ñïåêòðàëü-
íûõ ëèíèé ïðèíàäëåæàò äâóì ðàçíûì îïòè-
÷åñêèì öåíòðàì Pr3+, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ â ðå-
çóëüòàòå çàìåùåíèÿ èîíàìè àêòèâàòîðà äâóõ
íåýêâèâàëåíòíûõ êàòèîííûõ óçëîâ â YSO, LSO è
GSO. Â äàëüíåéøåì èçëîæåíèè èñïîëüçîâàíû
ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ: ñïåêòðàëüíûì ëèíèÿì,
îáîçíà÷åííûì öèôðîé, ñîîòâåòñòâóþò îïòè÷åñêèå
öåíòðû Pr3+ I òèïà, à öèôðîé ñî çâåçäî÷êîé —
II òèïà.
Èíòåðïðåòàöèÿ ñòðóêòóðû ñïåêòðîâ, ïðåäñòàâ-
ëåííûõ íà ðèñ. 1, ïîçâîëÿåò íàéòè ÷àñòîòíûå èí-
òåðâàëû ðàñùåïëåíèÿ òåðìà 1D2 äâóõ îïòè÷åñêèõ
öåíòðîâ Pr3+ (ñì. òàáë. 1). Çíà÷èòåëüíîå ÷èñëî
ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé, ñâÿçàííûõ ñ òåðìîì 3H4,
èõ áëèçêîå ðàñïîëîæåíèå è ïåðåêðûòèå íå ïî-
çâîëèëè â ïîëíîì îáúåìå îïðåäåëèòü àíàëîãè÷-
íûå ÷àñòîòíûå èíòåðâàëû ðàñùåïëåíèÿ òåðìà 3H4
[20,21].
Ñîãëàñíî òàáë. 1, â êðèñòàëëå GSO äëÿ îáîèõ
îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ ñïåêòðàëüíûå ëèíèè 4, 5 è
4*, 5* îòäåëåíû îò òðîéêè ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé 1,
2, 3 è 1*, 2*, 3* ÷àñòîòíûìè èíòåðâàëàìè, êîòî-
ðûå ïðåâîñõîäÿò ÷àñòîòíûå èíòåðâàëû ìåæäó
ñïåêòðàëüíûìè ëèíèÿìè 1, 2, 3 (1*, 2*, 3*) è 4, 5
(4*, 5*). Äëÿ îáîèõ îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â
êðèñòàëëå GSO ñïåêòðàëüíûå ëèíèè ãðóïïèðó-
þòñÿ îäíîòèïíî (ñì. ðèñ. 1). Õàðàêòåð ðàñùåïëå-
íèÿ òåðìà 1D2 äëÿ èîíîâ, çàíèìàþùèõ íåýêâèâà-
ëåíòíûå êàòèîííûå óçëû â êðèñòàëëàõ YSO è
LSO, ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ (òàáë. 1). Äëÿ I òè-
ïà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ ìèíèìàëüíûé ýíåðãåòè-
÷åñêèé èíòåðâàë, ðàçäåëÿþùèé ñïåêòðàëüíûå ëè-
íèè 1 è 2, ðàâåí � 60 ñì–1. Ê ëèíèÿì 1 è 2
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1085
Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïðèðîäà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5
Òàáëèöà 1
Ðàñùåïëåíèå
òåðìà 1D
2
YSO:Pr3+ LSO:Pr3+ GSO:Pr3+
I òèï II òèï I òèï II òèï I òèï II òèï
1 0 (16529,2) 0(16477,3) 0(16521,7) 0(16466,9) 0(16657,9) 0(16496,7)
2 59,6 364 66 373,7 42,1 43,8
3 224,9 667,9 202,2 688,4 248 248,7
4 501,2 948 498,2 951,7 525,9 940
5 801,3 1071,5 801,8 1091,4 621,8 1056,7
Ïàðàìåòðû ðàñùåïëåíèÿ òåðìà 1D2 ïðèâåäåíû â ñì–1 îòíîñèòåëüíî ïîëîæåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé 1 è 1*.
Ðèñ. 1. Ôðàãìåíòû ñïåêòðîâ ïîãëîùåíèÿ êðèñòàëëîâ
YSO:Pr3+, LSO:Pr3+ è GSO:Pr3+ â îáëàñòè îïòè÷å-
ñêèõ ïåðåõîäîâ ñ ó÷àñòèåì øòàðêîâñêèõ êîìïîíåíò
òåðìà 1D2 ïðèìåñíûõ èîíîâ Pr3+.
ïðèìûêàåò ñïåêòðàëüíàÿ ëèíèÿ 3. Çàòåì ÷åðåç
çíà÷èòåëüíî áîëüøèé èíòåðâàë � 290 ñì–1 ñëåäó-
þò ñïåêòðàëüíûå ëèíèè 4 è 5. Äëÿ II òèïà îïòè÷å-
ñêèõ öåíòðîâ â êðèñòàëëàõ YSO è LSO ìèíè-
ìàëüíûì ýíåðãåòè÷åñêèì èíòåðâàëîì ðàçäåëåíû
ñïåêòðàëüíûå ëèíèè 4* è 5*. Íèæå ïî ýíåðãèè
ðàñïîëîæåíà ñïåêòðàëüíàÿ ëèíèÿ 3*, çà íåé ÷åðåç
èíòåðâàë � 300 ñì–1ñëåäóþò ñïåêòðàëüíûå ëèíèè
1* è 2*. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äëÿ äâóõ îïòè÷åñêèõ
öåíòðîâ â êðèñòàëëàõ YSO è LSO íàáëþäàåòñÿ
îáðàòíûé ïîðÿäîê ðàñùåïëåíèÿ òåðìà 1D2.
 ñëó÷àå ïðàâèëüíîé îêòàýäðè÷åñêîé èëè òåò-
ðàýäðè÷åñêîé ñèììåòðèè êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ
êàòèîííûõ óçëîâ ïÿòèêðàòíî âûðîæäåííûé òåðì
1D2 áûë áû ðàñùåïëåí íà òðåõ- è äâóêðàòíî âû-
ðîæäåííûå ñîñòîÿíèÿ [25,26]. Äëÿ îêòàýäðè÷å-
ñêîé ñèììåòðèè òðåõêðàòíî âûðîæäåííîå ñîñòî-
ÿíèå äîëæíî ëåæàòü íèæå ïî ýíåðãèè, à äëÿ
òåòðàýäðè÷åñêîé — âûøå [25,26]. Ñëåäîâàòåëü-
íî, â êðèñòàëëå GSO êðèñòàëëè÷åñêîå ïîëå îáî-
èõ êàòèîííûõ óçëîâ èìååò ñèììåòðèþ èñêàæåí-
íîãî îêòàýäðà [22]. Â êðèñòàëëàõ YSO è LSO
êðèñòàëëè÷åñêîå ïîëå äëÿ I òèïà îïòè÷åñêèõ öåí-
òðîâ èìååò ñèììåòðèþ èñêàæåííîãî îêòàýäðà, à
äëÿ II òèïà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ — èñêàæåííîãî
òåòðàýäðà [22].
Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî àíàëèçà ñòðóêòóðû êðè-
ñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ êàòèîííûõ óçëîâ â [22] â êà-
÷åñòâå ïåðâîãî øàãà èñïîëüçîâàíà ìîäåëü êðè-
ñòàëëè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà îêòàýäðè÷åñêîé è
òåòðàýäðè÷åñêîé ñèììåòðèé [25–27]:
�V B Y Y
Y
i i i i
i
cr � � �
�
�
�
�
�
�
�
40 40 4 4
1
2
4
5
14, , ,( , ) ( , )� � � �
�, , ,
, ,
( , ) ( , )
( , )
�
�
�
�
�
� �
� �
4 60 60
6 4 6 4
7
2
� � � �
� �
i i i i
i i
B Y
Y Y�
( , ) ,� �i i
�
�
�
�
�
�
(1)
ãäå B40 0, � è B60 0, � — âàðüèðóåìûå ïàðàìåòðû,
Yl m i i, ( , )� � — ñôåðè÷åñêèå ãàðìîíèêè.  ñîîòíî-
øåíèè (1) ïëþñ ñîîòâåòñòâóåò îêòàýäðè÷åñêîé, à
ìèíóñ — òåòðàýäðè÷åñêîé ñèììåòðèè êðèñòàëëè-
÷åñêîãî ïîëÿ.  êðèñòàëëè÷åñêîì ïîëå (1) òåðì
1D2 ðàñùåïëÿåòñÿ íà òðåõ- è äâóêðàòíî âûðîæ-
äåííûå ñîñòîÿíèÿ, êîòîðûå ðàçäåëåíû ÷àñòîòíûì
èíòåðâàëîì � � 20 740B , �. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò ïî-
ëîæåíèÿì öåíòðîâ òÿæåñòè ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé
1, 2, 3 è 4, 5 (1*, 2* è 3*, 4*, 5*) îïòè÷åñêèõ öåí-
òðîâ Pr3+ â êðèñòàëëàõ YSO è LSO, à òàêæå öåí-
òðîâ òÿæåñòè ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé 1, 2, 3 è 4, 5 è
1*, 2*, 3* è 4*, 5* â êðèñòàëëå GSO (ðèñ. 1) [22].
×èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà B40, ïðåäñòàâëå-
íû â òàáë. 2.
Òàáëèöà 2
Ïàðàìåòð
YSO:Pr3+ LSO:Pr3+ GSO:Pr3+
I
òèï
II
òèï
I
òèï
II
òèï
I
òèï
II
òèï
B
4,0
343 442 350 448 296 560
A
2,0
B
4,0
B
4,4
1104
306
357
—
—
—
1040
310
380
—
—
—
746
329
232
838,9
585,5
499,7
B
4,2
; A
2,2
43,6 — 45 — 36,4 30,7
Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ïðèâåäåíû â ñì–1.
Àíàëèç ïîíèæåíèÿ ñèììåòðèè êàòèîííûõ óç-
ëîâ â ïîëíîì îáúåìå âîçìîæåí òîëüêî äëÿ îêòà-
ýäðè÷åñêîé ñèììåòðèè êðèñòàëëè÷åñêîãî ïîëÿ,
òàê êàê èìååòñÿ öåïî÷êà èñêàæåíèé (òåòðàãîíàëü-
íîå, òðèãîíàëüíîå è ðîìáè÷åñêîå), ïðèâîäÿùèõ ê
ïîëíîìó ðàñùåïëåíèþ òåðìà 1D2 [22]. Íà êàæ-
äîì øàãå ïîíèæåíèÿ ñèììåòðèè ìîäåëü ïîòåí-
öèàëà (1) óñëîæíÿåòñÿ çà ñ÷åò ïîÿâëåíèÿ äîïîë-
íèòåëüíûõ ñëàãàåìûõ [22]. Ïðè òåòðàãîíàëüíîì
èñêàæåíèè äëÿ îïèñàíèÿ ðàñùåïëåíèÿ òåðìà 1D2
íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü òðè íåçàâèñèìî âàðüè-
ðóåìûõ ïàðàìåòðà B40, , A20, è B4 4, , êîòîðûå ìîæ-
íî îöåíèòü èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ñïåêòðîâ
(òàáë. 2) [22]. Äàëüíåéøåå ïîíèæåíèå ñèììåò-
ðèè îêòàýäðà äî ðîìáè÷åñêîé (D2h) ïîëíîñòüþ
ñíèìàåò âûðîæäåíèå òåðìà 1D2.  êðèñòàëëè÷å-
ñêîì ïîòåíöèàëå ïîÿâëÿþòñÿ åùe äâà âàðüèðóå-
ìûõ ïàðàìåòðà: A22, è B42, . Åñëè ïîëîæèòü
B A42 22, ,� , òî èõ ÷èñëåííîå çíà÷åíèå òàê æå
ìîæíî ïîëó÷èòü èç ýêñïåðèìåíòà (òàáë. 2) [22].
Àíàëèç ïðèâåäåííûõ â òàáë. 2 äàííûõ, êîòî-
ðûå õàðàêòåðèçóþò ìèêðîñòðóêòóðó êðèñòàëëè÷å-
ñêîãî ïîëÿ ëèãàíäîâ êàòèîííûõ óçëîâ YSO, LSO
è GSO, ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü, ÷òî â êðèñòàëëå
GSO îïòè÷åñêèå öåíòðû Pr3+ II òèïà èñïûòûâàþò
íàèáîëüøåå âîçäåéñòâèå ñî ñòîðîíû ëèãàíäîâ
(áîëüøèå çíà÷åíèå B40, è B4 4, ). Îäíàêî ïðè ýòîì
îêòàýäðè÷åñêàÿ ñèììåòðèÿ êàòèîííûõ óçëîâ â
êðèñòàëëå GSO èñêàæåíà ìåíüøå, ÷åì â êðèñòàë-
ëàõ YSO è LSO. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ A20, , A22, è
B42, äëÿ êðèñòàëëîâ YSO è LSO áîëüøå, ÷åì äëÿ
êðèñòàëëà GSO.
1086 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
Þ. Â. Ìàëþêèí è äð.
Ïðîÿâëåíèå êîíöåíòðàöèîííûõ ýôôåêòîâ â
ñïåêòðàõ è çàòóõàíèè ëþìèíåñöåíöèè èîíîâ
àêòèâàòîðà â êðèñòàëëå YSO:Pr3+
Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé ðàñïðåäåëåíèÿ
èîíîâ Pr3+ ïî íåýêâèâàëåíòíûì êàòèîííûì óçëàì
èññëåäîâàíû íèçêîòåìïåðàòóðíûå îïòè÷åñêèå
ñïåêòðû è çàòóõàíèå ëþìèíåñöåíöèè êðèñòàëëîâ
YSO ñ ðàçëè÷íûì ñîäåðæàíèåì èîíîâ àêòèâàòî-
ðà: 0,3; 0,6 è 1,8 àò.% [21,23].
Èíòåãðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü ïîãëîùåíèÿ äâóõ
îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ êðèñòàëëà YSO âîçðàñ-
òàëà ïðîïîðöèîíàëüíî èçìåíåíèþ îáùåé êîíöåí-
òðàöèè èîíîâ àêòèâàòîðà [21,23]. Ïðè ýòîì, îäíà-
êî, ïëîùàäü ïîä ñïåêòðàëüíûìè ëèíèÿìè 1 èëè
1* èçìåíÿëàñü ïî-ðàçíîìó (ðèñ. 1). Ïðè âîçðàñ-
òàíèè îáùåé êîíöåíòðàöèè èîíîâ àêòèâàòîðà â
ñîîòíîøåíèè 1:2:6 ïëîùàäü ñïåêòðàëüíîé ëèíèè
1 âîçðàñòàëà â ñîîòíîøåíèè 1:2,2:6,5, à 1*— â ñî-
îòíîøåíèè 1:1,6:3,2. Íåðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëå-
íèå èîíîâ Pr3+ îáúÿñíÿåòñÿ ðàçíûì îáúåìîì íå-
ýêâèâàëåíòíûõ êàòèîííûõ óçëîâ â êðèñòàëëå
YSO, à òàêæå ðàçíûìè èîííûìè ðàäèóñàìè èî-
íîâ Y3+ è Pr3+ [21,23].
 êðèñòàëëàõ YSO, LSO è GSO ñ êîíöåíòðà-
öèåé èîíîâ àêòèâàòîðà 0,3 àò.% çàòóõàíèå ëþìè-
íåñöåíöèè îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ 1D2�
3H4
ìîæío îïèñàòü ýêñïîíåíöèàëüíûì çàêîíîì
[20,21,23]. Íî óæå ïðè êîíöåíòðàöèè èîíîâ àêòè-
âàòîðà â êðèñòàëëå YSO 0,6 àò.% çàòóõàíèå ëþ-
ìèíåñöåíöèè îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ I òèïà ñóùåñò-
âåííî îòêëîíÿëîñü îò ýêñïîíåíöèàëüíîãî çàêîíà
[21,23]. Ïðè 1,8 àò.% èîíîâ àêòèâàòîðà çàòóõàíèå
ëþìèíåñöåíöèè áûëî íåýêïîíåíöèàëüíûì äëÿ
îáîèõ îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ (ðèñ. 2). Îòêëîíåíèå
îò ýêñïîíåíöèàëüíîãî çàêîíà íàèáîëåå ñèëüíî
ïðîÿâëÿëîñü íà íà÷àëüíîì ó÷àñòêå ýêñïåðèìåí-
òàëüíîé êðèâîé çàòóõàíèÿ. Íà áîëüøèõ âðåìåíàõ
ïîñëå èìïóëüñà âîçáóæäåíèÿ êðèâûå çàòóõàíèÿ
ëþìèíåñöåíöèè ìîæíî îïèñàòü ýêñïîíåíöèàëü-
íûì çàêîíîì (ðèñ. 2). Ïðè÷åì êîíñòàíòà çàòóõà-
íèÿ ëþìèíåñöåíöèè â ýêñïîíåíòå êðèñòàëëà YSO
óìåíüøàëàñü ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû â èí-
òåðâàëå 1,5–80 Ê [21,23]. Íàáëþäàåìûå îñîáåí-
íîñòè êðèâûõ çàòóõàíèÿ ëþìèíåñöåíöèè áûëè
îáúÿñíåíû ìèãðàöèåé (äèôôóçèåé) è çàõâàòîì
ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ èîíîâ àêòèâàòîðà Pr3+ öåí-
òðàìè òóøåíèÿ [21,23]. Ìèãðàöèÿ ýíåðãèè ýëåê-
òðîííîãî âîçáóæäåíèÿ îáóñëîâëåíà äèïîëü-äè-
ïîëüíûì âçàèìîäåéñòâèåì ìåæäó ïðèìåñíûìè
èîíàìè Pr3+ [21,23]. Ïîñêîëüêó îïòè÷åñêèå ïåðå-
õîäû âíóòðè f-îáîëî÷êè ðåäêîçåìåëüíûõ èîíîâ
çàïðåùåíû [3,26,30], èõ äèïîëü-äèïîëüíîå âçà-
èìîäåéñòâèå ìàëî. Ïîýòîìó îáû÷íî òðàíñïîðò
ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé íîñèò íå-
êîãåðåíòíûé, ïðûæêîâûé õàðàêòåð [28,30].
Òðàíñïîðò ýíåðãèè ïî ïðèìåñíûì èîíàì Pr3+ èçî-
òðîïåí âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî íåýêâèâàëåíòíûå
êàòèîííûå óçëû â êðèñòàëëå YSO îáðàçóþò òðåõ-
ìåðíóþ ðåøåòêó [1,2].  ýòîì ñëó÷àå ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå êðèâûå çàòóõàíèÿ ëþìèíåñöåíöèè èîíîâ
àêòèâàòîðà Pr+3 ìîæíî îïèñàòü ôóíêöèåé [28]
I t I
t t t
d ( ) exp� � � �
�
�
��
�
�
��0
0 0 0�
�
�
�
, (2)
� � 7 4 0
3, R ctr , (3)
�� 8 6 0
3 2
0
3 4, ( )/ /R D ctr , (4)
ãäå �0 — ïîñòîÿííàÿ çàòóõàíèÿ ëþìèíåñöåíöèè
äîíîðîâ â îòñóòñòâèe öåíòðîâ òóøåíèÿ; R0 —
êðèòè÷åñêèé ðàäèóñ ïåðåíîñà ýíåðãèè ýëåêòðîí-
íîãî âîçáóæäåíèÿ; D — êîýôôèöèåíò äèôôóçèè
ýíåðãèè ýëåêòðîííîãî âîçáóæäåíèÿ; ctr — êîí-
öåíòðàöèÿ öåíòðîâ òóøåíèÿ.
Äëÿ àïïðîêñèìàöèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ êðè-
âûõ çàòóõàíèÿ ëþìèíeñöåíöèè ñ ïîìîùüþ ñîîò-
íîøåíèÿ (2) â [21,23] ïðîâåäåíà ÷èñëåííàÿ îöåí-
êà R0 èñõîäÿ èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ äëÿ
êðèñòàëëà YSO ñ ïðîìåæóòî÷íîé êîíöåíòðàöèåé
(0,6 àò.%) èîíîâ àêòèâàòîðà.  ýòîì ñëó÷àå çàòó-
õàíèå ëþìèíåñöåíöèè îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ II òè-
ïà áëèçêî ê ýêñïîíåíöèàëüíîìó è îïèñûâàåòñÿ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1087
Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïðèðîäà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5
Ðèñ. 2. Çàòóõàíèå ñâå÷åíèÿ äâóõ îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ
Pr3+ â êðèñòàëëå YSO íà îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäàõ
1D2�
3H4 ïðè îáùåé êîíöåíòðàöèè èîíîâ àêòèâàòîðà
1,8 àò.%.
ñîîòíîøåíèåì (2) ïðè � � 014, è � 0, ò.å. èìååòñÿ
î÷åíü ñëàáûé ïåðåíîñ ýíåðãèè íà ëîâóøêè, à ìè-
ãðàöèÿ ýíåðãèè îòñóòñòâóåò. Ñëåäîâàòåëüíî,
ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó îïòè÷åñêèìè öåíòðàìè
II òèïà ìîæíî ïðèíÿòü â êà÷åñòâå êðèòè÷åñêîãî
ðàäèóñà ïåðåíîñà ýíåðãèè. Ïðè îáùåé êîíöåíò-
ðàöèè èîíîâ àêòèâàòîðà 0,6 àò.% êîíöåíòðàöèÿ
îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ âòîðîãî òèïà ñîñòàâëÿåò
2 3 1020 3, ! �cì , à ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè
� 12 Å [21,23]. Åñëè ïðèíÿòü R0 12� Å, òî, âîñ-
ïîëüçîâàâøèñü ñîîòíîøåíèåì (3) äëÿ � � 014, ,
ìîæíî îöåíèòü êîíöåíòðàöèþ ëîâóøåê ctr ~
~ ,1 3 1019 3! �cì . Â [21,23] ïîêàçàíî, ÷òî â êðè-
ñòàëëå YSO â êà÷åñòâå ëîâóøåê ýíåðãèè ýëåê-
òðîííîãî âîçáóæäåíèÿ èîíîâ àêòèâàòîðà Pr3+ âû-
ñòóïàþò äèìåðû ýòèõ èîíîâ [21,23].
 òàáë. 3 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû àïïðîêñè-
ìàöèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ êðèâûõ çàòóõàíèÿ ëþ-
ìèíåñöåíöèè êðèñòàëëîâ YSO ñ ðàçíîé êîíöåí-
òðàöèåé èîíîâ àêòèâàòîðà. Â ñîîòíîøåíèè (2)
âàðüèðîâàëèñü ïàðàìåòðû � è . Ñ èñïîëüçîâàíè-
åì ñîîòíîøåíèé (3) è (4) âû÷èñëåíû êîíöåíòðà-
öèÿ ëîâóøåê è êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ýíåðãèè
ýëåêòðîííîãî âîçáóæäåíèÿ. Äëÿ I òèïà îïòè÷å-
ñêèõ öåíòðîâ Pr3+ êîýôôèöèåíòû äèôôóçèè
ýíåðãèè ýëåêòðîííîãî âîçáóæäåíèÿ ïðàêòè÷åñêè
ñîâïàäàþò â îáðàçöàõ ñ ìàêñèìàëüíîé è ïðîìå-
æóòî÷íîé êîíöåíòðàöèÿìè èîíîâ àêòèâàòîðà. Îä-
íàêî äëÿ ðàçíûõ îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ êîýôôèöè-
åíòû äèôôóçèè îòëè÷àþòñÿ. Äèôôóçèÿ ýíåðãèè
ýëåêòðîííîãî âîçáóæäåíèÿ íîñèò òåðìîàêòèâàöè-
îííûé õàðàêòåð, òàê êàê âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà
1088 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
Þ. Â. Ìàëþêèí è äð.
Ðèñ. 3. Ó÷àñòîê ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ êðèñòàëëà
YSO:Pr3+ â îáëàñòè îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ 3H4�
3Ð0.
Òàáëèöà 3
T, K
YSO
0,3 aò.% Pr3+
YSO
0,6 aò.% Pr3+
YSO
1,8 aò.% Pr3+
I òèï II òèï I òèï "I òèï I òèï II òèï
77
�
�
0 108 10 6
0
0
� ! �
�
�
�
�
0 145 10 6
0
0
� ! �
�
�
�
�
0 108 10 6
04
019
31 1019
62 10 12
� ! �
�
�
� !
� ! �
,
,
,
,
ca
D
�
�
0 145 10 6
014
0
1019
� ! �
�
�
�
,
ca
�
�
0 108 10 6
23
124
18 1020
69 10 12
� ! �
�
�
� !
� ! �
,
,
,
,
ca
D
�
�
0 145 10 6
198
099
15 1020
35 10 12
� ! �
�
�
� !
� ! �
,
,
,
,
ca
D
1,5 — — — —
�
�
0 108 10 6
23
073
18 1020
57 10 12
� ! �
�
�
� !
� ! �
,
,
,
,
ca
D
�
�
0 145 10 6
198
054
15 1020
25 10 12
� ! �
�
�
� !
� ! �
,
,
,
,
ca
D
Ðàçìåðíîñòü ïàðàìåòðîâ: �0 (ñåê); ñà (ñì�3); D /( )ñì2 ñåê .
äèôôóçèè óìåíüøàåòñÿ ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòó-
ðû [28,29].
Äèíàìèêà ýëåêòðîííûõ ïåðåõîäîâ èîíîâ
àêòèâàòîðà â êðèñòàëëå YSO:Pr3+
Èçâåñòíî [30,31], ÷òî àìïëèòóäà ôîòîííîãî
ýõà (ÔÝ) íà ðåçîíàíñíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäàõ
ïðèìåñíûõ öåíòðîâ â êðèñòàëëàõ îïðåäåëÿåòñÿ
ýëåêòðîí-ôîíîííûì âçàèìîäåéñòâèåì. Ïîýòîìó â
îòëè÷èå îò ñòàöèîíàðíîé îïòè÷åñêîé ñïåêòðîñêî-
ïèè èç ýêñïåðèìåíòîâ ïî ÔÝ ìîæíî èçâëå÷ü èí-
ôîðìàöèþ î äèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, äàþùèõ
âêëàä â îäíîðîäíóþ øèðèíó ñïåêòðàëüíûõ ëè-
íèé. Äâóõèìïóëüñíîå ÔÝ â êðèñòàëëå YSO:Pr3+
íàáëþäàëîñü íà ðåçîíàíñíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðå-
õîäàõ 3H4#
3P0 îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ I òè-
ïà [13,15–17]. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé
àìïëèòóäû ñèãíàëà ÔÝ ëàçåðíàÿ ëèíèÿ
( , )�$FWHM � �0 2 1cì ñêàíèðîâàëàñü â ïðåäåëàõ
ñïåêòðàëüíîé ëèíèè 1 (ðèñ. 3). Èíòåíñèâíîñòü
ñèãíàëà ÔÝ èçìåíÿåòñÿ íåìîíîòîííî, ñëåäîâà-
òåëüíî, ñïåêòðàëüíûé êîíòóð ëèíèè 1 ÿâëÿåòñÿ
ñëîæíûì è ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ñïåêòðàëüíûõ
ëèíèé, êîòîðûå íå ðàçðåøàþòñÿ.
Íàïîìíèì, ÷òî èçìåíåíèå àìïëèòóäû äâóõ-
èìïóëüñíîãî ýõà îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
[30,31]:
I T techo ~ exp ( ( ) )�2% � , (5)
ãäå %( )T — îäíîðîäíàÿ øèðèíà ñïåêòðàëüíîé ëè-
íèè ( ( ) / ( ), ( )% �T T T T T� 2 2 — âðåìÿ ôàçîâîé
ðåëàêñàöèè îïòè÷åñêîãî ïåðåõîäà); �t — âðåìåí-
íîé èíòåðâàë ìåæäó âîçáóæäàþùèìè ëàçåðíûìè
èìïóëüñàìè; T — òåìïåðàòóðà.
Ñîîòíîøåíèå (5) ïîçâîëÿåò íåïîñðåäñòâåííî
èç ýêñïåðèìåíòà îïðåäåëèòü òåìïåðàòóðíûé çà-
êîí èçìåíåíèÿ îäíîðîäíîé øèðèíû ñïåêòðàëüíîé
ëèíèè % (ðèñ. 4). Â [19] ïîêàçàíî, ÷òî òåìïåðà-
òóðíàÿ çàâèñèìîñòü àìïëèòóäû ÔÝ â êðèñòàëëå
YSO îïðåäåëÿåòñÿ ïðÿìûì ïîãëîùåíèåì è èñïóñ-
êàíèåì ôîíîíîâ ñ ó÷àñòèåì âòîðîé øòàðêîâñêîé
êîìïîíåíòû òåðìà 3H4(ñì. âñòàâêó íà ðèñ. 3), à
òàêæå âçàèìîäåéñòâèåì ïðèìåñíîãî èîíà Pr3+ ñ
äâóõóðîâíåâûìè ñèñòåìàìè ìíîãîÿìíîãî àäèàáà-
òè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà. Êëþ÷åâóþ ðîëü â îáúÿñíå-
íèè òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè % ñûãðàëè ðå-
çóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà [32]. Ìåòîäîì âûæèãàíèÿ
ïðîâàëîâ â [32] ïîêàçàíî, ÷òî ñïåêòðàëüíûå ëè-
íèè 1 è 1* (ðèñ. 1) ñîñòîÿò èç íåñêîëüêèõ ñïåê-
òðàëüíûõ êîíòóðîâ. Íåìîíîòîííîå èçìåíåíèå àì-
ïëèòóäû ÔÝ ïðè ñêàíèðîâàíèè ëàçåðíîé ëèíèè
óêàçûâàåò è íà ñëîæíóþ ñòðóêòóðó ñïåêòðàëüíîé
ëèíèè 1 (ðèñ. 3). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ïðåäåëàõ
êàòèîííîãî óçëà ïðèìåñíûå èîíû Pr3+ èìåþò íå-
ñêîëüêî áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ ïî ýíåðãèè ñî-
ñòîÿíèé. Ýòè ñîñòîÿíèÿ ìîãóò áûòü ïðåäñòàâëåíû
â ìîäåëè ìíîãîÿìíîãî àäèàáàòè÷åñêîãî ïîòåíöèà-
ëà. Îäíàêî íà ìèêðîñêîïè÷åñêîì óðîâíå îñòàeòñÿ
íåÿñíûì, êàêàÿ îáîáùåííàÿ ÿäåðíàÿ êîîðäèíàòà
ïîðîæäàåò òàêîé àäèàáàòè÷åñêèé ïîòåíöèàë. Â
[19] âûñêàçàíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ïðèìåñíûå
èîíû Pr3+ â êðèñòàëëå YSO ìîãóò ñîâåðøàòü òåð-
ìîñòèìóëèðîâàííûå ïåðåõîäû ìåæäó ìèíèìóìà-
ìè àäèàáàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà. Ïðè ãåëèåâîé
òåìïåðàòóðå çàñåëåíû òîëüêî íèæíèå ñîñòîÿíèÿ â
êàæäîì ìèíèìóìå ìíîãîÿìíîãî àäèàáàòè÷åñêîãî
ïîòåíöèàëà, ïîýòîìó òåðìîñòèìóëèðîâàííûå ïå-
ðåõîäû îáóñëîâëåíû âçàèìîäåéñòâèåì ïðèìåñ-
íûõ èîíîâ Pr3+ ñ äâóõóðîâíåâûìè ñèñòåìàìè
[31]. Äëÿ îïèñàíèÿ èçìåíåíèÿ %( )T (ðèñ. 4) â
[19] ïðîñóììèðîâàíû àääèòèâíûå âêëàäû â îäíî-
ðîäíóþ øèðèíó ñïåêòðàëüíîé ëèíèè, êîòîðûå
îáðàçóþòñÿ â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ ïðèìåñ-
íîãî öåíòðà ñ ôîíîíàìè è äâóõóðîâíåâûìè ñèñòå-
ìàìè:
% % %( ) ( ) ( )T T TTLS� � �ph
� ��
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
���
&
'exp
� �
kT kT
sh 1 ,
(6)
ãäå � — øèðèíà íà ïîëóâûñîòå âòîðîé øòàðêîâ-
ñêîé êîìïîíåíòû òåðìà 3H4, �& — ýíåðãåòè÷å-
ñêèé çàçîð ìåæäó ïåðâîé è âòîðîé øòàðêîâñêèìè
êîìïîíåíòàìè òåðìà 3H4, ' — ïàðàìåòð, îòðà-
æàþùèé ôîíîí-òóíåëîííîå âçàèìîäåéñòâèå,
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1089
Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïðèðîäà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5
Ðèñ. 4. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü îäíîðîäíîé øèðè-
íû ñïåêòðàëüíîé ëèíèè 1 îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â
êðèñòàëëå YSO íà ïåðåõîäå 3H4�
3Ð0. Çâåçäî÷êàìè
îáîçíà÷åíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå òî÷êè, ñïëîøíàÿ êðè-
âàÿ — ðåçóëüòàò èõ àïïðîêñèìàöèè ñ ïîìîùüþ ñîîò-
íîøåíèÿ (6).
� � �� �e g — ðàçíîñòü ýíåðãèè àêòèâàöèè äâóõ-
óðîâíåâûõ ñèñòåì â îñíîâíîì è âîçáóæäåííîì ñî-
ñòîÿíèõ ïðèìåñíûõ èîíîâ.
Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øåé àïïðîêñèìàöèè
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê ìåòîäîì íàèìåíüøèõ
êâàäðàòîâ íåçàâèñèìî âàðüèðîâàëèñü ïàðàìåòðû
� è ' â ñîîòíîøåíèè (6) [19]. Ïðè ýòîì
�& � 89 ñì–1 è � = 0,25 ñì–1 [19]. Ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå òî÷êè íà ðèñ. 4 õîðîøî îïèñûâàþòñÿ ñî-
îòíîøåíèåì (6) ïðè çíà÷åíèÿõ âàðüèðóåìûõ ïà-
ðàìåòðîâ � � !104 1010, Ãö è ' � !11 105, Ãö.
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, ïîêàçàíî, ÷òî íåýêâèâàëåíò-
íûå êàòèîííûå óçëû êðèñòàëëîâ YSO, LSO ñî-
õðàíÿþò ïñåâäîñèììåòðèþ èñêàæåííîãî îêòàýäðà
è òåòðàýäðà, à â êðèñòàëëå GSO äëÿ îáîèõ êàòè-
îííûõ óçëîâ íàáëþäàåòñÿ ñèììåòðèÿ èñêàæåí-
íîãî îêòàýäðà. Èîíû àêòèâàòîðà íåðàâíîìåðíî
çàñåëÿþò íåýêâèâàëåíòíûå êàòèîííûå óçëû êðè-
ñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè YSO. Ïðè âûñîêèõ êîí-
öåíòðàöèÿõ èîíîâ àêòèâàòîðà (> 0,6 àò.%) â
êðèñòàëëå YSO íàáëþäàåòñÿ ñëîæíûé çàêîí
çàòóõàíèÿ ëþìèíåñöåíöèè, îáóñëîâëåííûé ïðî-
òåêàíèåì äâóõ ðåëàêñàöèîííûõ ïðîöåññîâ: ìè-
ãðàöèè è çàõâàòà íà ëîâóøêè ýíåðãèè âîçáóæ-
äåíèÿ èîíîâ àêòèâàòîðà.  êà÷åñòâå ëîâóøåê
âûñòóïàþò äèìåðû èîíîâ àêòèâàòîðà. Â îáëàñòè
íèçêèõ òåìïåðàòóð ïðèìåñíûå èîíû Pr3+ â êðè-
ñòàëëå YSO èñïûòûâàþò òåðìîñòèìóëèðîâàííûå
ïåðåõîäû ìåæäó íåñêîëüêèìè, áëèçêî ðàñïîëî-
æåííûìè ïî ýíåðãèè ñîñòîÿíèÿìè, êîòîðûå îáðà-
çóþòñÿ â ïðåäåëàõ îäíîãî òèïà êàòèîííûõ óçëîâ.
Àâòîðû ïîñâÿùàþò ñòàòüþ 70-ëåòíåìó þáèëåþ
àêàäåìèêà Â. Â. Åðåìåíêî ñ òåïëûìè âîñïîìèíà-
íèÿìè î ñîâìåñòíîé ðàáîòå.
1. J. Felshe, The Crystal Chemistry of the Rare-Earth
Silicates, in: Structure and Bonding, v. 13, Sprin-
ger-Verlag (1973), p. 99.
2. Ã. Â. Àíàíüåâà, À. Ì. Êîðîâêèí, Ò. È. Ìèð-
êóëÿåâà, À. Ì. Ìîðîçîâ, Ì. Â. Ïåòðîâ, È. Ð.
Ñàâèíîâà, Â. Ð. Ñòàðöåâ, Ï. Ï. Ôåîôèëîâ, Íå-
îðãàíè÷åñêèå ìàòåðèàëû 17, 1037 (1981).
3. A. A. Êàìèíñêèé, Ôèçèêà è ñïåêòðîñêîïèÿ êðè-
ñòàëëîâ, Íàóêà, Ìîñêâà (1986).
4. C. L. Melcher, R. A. Manente, C. A. Peterson, and
J. S. Schweitzer, J. Crystal Growth 128, 1001
(1993).
5. Á. À. Ìàêñèìîâ, Þ. À. Õàðèòîíîâ, Â. Â. Èëþ-
õèí, Í. Â. Áåëîâ, Êðèñòàëëîãðàôèÿ 15, 926
(1970).
6. Yun Liu, Chao-Nan Xu, Hiroaki Matsui, Takeshi
Imamura, and Tadahiko Watanabe, J. Lumin.
87–89, 1297 (2000).
7. C. L. Melcher and J. S. Schweitzer, IEEE Trans.
Nucl. Sci. 39, 502 (1992).
8. P. Dorembos, C. W. E. van Eijk, A. J. J. Bos, and
C. L. Melcher, J. Lumin. 60–61, 979 (1994).
9. H. Suzuki, T. A. Tombrello, C. L. Melcher, and
J. S. Schweitzer, Nucl. Instrum. Meth. in Phys.
Res. A320, 263 (1992).
10. Á. À. Ìàêñèìîâ, Þ. À. Õàðèòîíîâ, Â. Â. Èëþ-
õèí, Í. Â. Áåëîâ, ÄÀÍ ÑÑÑÐ 183, 1072 (1968).
11. P. Dorembos, J. Lumin. 87–89, 970 (2000).
12. R. T. Wegh, A. Meijerink, R.-J. Lamminmaki, and
J. Holsa, J. Lumin. 87–89, 1002 (2000).
13. Í. Ë. Ïîãðåáíÿê, Þ. Â. Ìàëþêèí, Â. Ï. Ñå-
ìèíîæåíêî, ÔÍÒ 20, 610 (1994).
14. Í. Ë. Ïîãðåáíÿê, Ï. Í. Æìóðèí, Á. È. Ìèíêîâ,
ÓÔÆ 40, 178 (1995).
15. Ì. Ë. Ïîãðåáíÿê, Ï. Ì. Æìóð³í, Â. Ï. Ñå-
ì³íîæåíêî, Þ. Â. Ìàëþê³í, ÓÔÆ 39, 791 (1994).
16. Þ. Â. Ìàëþêèí, Í. Ë. Ïîãðåáíÿê, Â. Ï. Ñå-
ìèíîæåíêî, Ý. À. Ìàíûêèí, Ä. Â. Ìàð÷åíêî,
Ä. Â. Çíàìåíñêèé, Å. À. Ïåòðåíêî, ÆÝÒÔ 108,
485 (1995).
17. Yu. V. Malyukin, N. L. Pogrebnyak, E. A. Ma-
nykin, N. I. Znamensky, D. V. Marchenko, G. S.
Katrich, and E. A. Petrenko, Proc. SPIE 3239, 325
(1997).
18. Þ. Â. Ìàëþêèí, Á. È. Ìèíêîâ, Ð. Ñ. Áîðèñîâ,
Â. Ï. Ñåìèíîæåíêî, Í. Â. Çíàìåíñêèé, Ý. À. Ìà-
íûêèí, Ä. Â. Ìàð÷åíêî, Å. À. Ïåòðåíêî, ÔÍÒ 24,
571 (1998).
19. R. S. Borisov, B. V. Grinev, Yu. V. Malyukin,
B. I. Minkov, N. V. Znamenskii, E. A. Manykin,
D. V. Marchenko, and E. A. Petrenko, JETP 88(2),
385 (1999).
20. Þ. Â. Ìàëþêèí, Ð. Ñ. Áîðèñîâ, Ï. Í. Æìóðèí,
À. Í. Ëåáåäåíêî, Í. Â. Çíàìåíñêèé, Ý. À. Ìà-
íûêèí, Þ. Â. Îðëîâ, Å. À. Ïåòðåíêî, Ò. Ã. Þêè-
íà, ÔÍÒ 26, 1207 (2000).
21. Þ. Â. Ìàëþêèí, Ð. Ñ. Áîðèñîâ, Ï. Í Æìóðèí.,
À. H. Ëåáåäåíêî, Á. Â. Ãðèíåâ, Ý. À. Ìàíûêèí,
Ä. Â. Çíàìåíñêèé, Å. À. Ïåòðåíêî, Þ. Â. Îðëîâ,
Ò. Ã. Þêèíà, ÆÝÒÔ 120, 420 (2001).
22. Þ. Â. Ìàëþêèí, Ð. C. Áîðèñîâ, Ï. Í. Æìóðèí,
À. Í. Ëåáåäåíêî, Á. Â. Ãðèíåâ, Í. Â. Çíàìåíñêèé,
Ý. À. Ìàíûêèí, Þ. Â. Îðëîâ, Å. À. Ïåòðåíêî,
Ò. Ã. Þêèíà, ÔÍÒ 27, 780 (2001).
23. Þ. Â. Ìàëþêèí, Ï. Í. Æìóðèí, À. Í. Ëåáå-
äåíêî, Á. Â. Ãðèíåâ, Í. Â. Çíàìåíñêèé, Ý. À.
Ìàíûêèí, Þ. Â. Îðëîâ, Å. À. Ïåòðåíêî, Ò. Ã.
Þêèíà, ÔÍÒ 28, 73 (2002).
24. Yu. V. Malyukin, P. N. Zhmurin, R. S. Borisov,
M. Roth, and N. I. Leonyuk, Opt. Commun. 201,
355 (2002).
25. Ê. Áàëüõàóçåí, Ââåäåíèå â òåîðèþ ïîëÿ ëèãàíäîâ,
Ìèð, Ìîñêâà (1964).
26. È. Á. Áåðñóêåð, Ýëåêòðîííîå ñòðîåíèå è ñâîé-
ñòâà êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé, Õèìèÿ, Ëå-
íèíãðàä (1986).
1090 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
Þ. Â. Ìàëþêèí è äð.
27. Í. À. Êóëàãèí, Ä. Ò. Ñâèðèäîâ, Ââåäåíèå â ôè-
çèêó àêòèâèðîâàííûõ êðèñòàëëîâ, Âèùà øêîëà,
Õàðüêîâ (1990).
28. V. M. Agranovich and M. D. Galanin, Electronic
Excitation Energy Transfer in Condensed Matter,
North-Holland, Amsterdam (1982).
29. M. J. Weber, Phys. Rev. B4(9), 2932 (1971).
30. Spectroscopy of Solids Containing Rare Earth Ions,
A. A. Kaplyanskii and R. M. Macfarlane (eds.),
North-Holland, Amsterdam (1987).
31. Ñïåêòðîñêîïèÿ è äèíàìèêà âîçáóæäåíèé â êîí-
äåíñèðîâàííûõ ìîëåêóëÿðíûõ ñèñòåìàõ, Â. Ì.
Àãðàíîâè÷, Ð. Ì. Õîõøòðàññåð (ðåä.), Íàóêà,
Ìîñêâà (1987).
32. K. Holliday, M. Croci, E. Vauthey, and U. P.
Wild, Phys. Rev. 47, 14741 (1993).
Microscopic origin of Pr3+ optical centers in
Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5 crystals
Yu. V. Malyukin, P. N. Zhmurin, B. V. Grinev,
V. P. Seminozhenko, N. V. Znamenskii,
E. A. Manykin, E. A. Petrenko, and T. G. Yukina
The paper reviews the data on energy spec-
trum, energy relaxation channels and elec-
tronic excitation dynamics of Pr3+ optical cen-
ters in the Y2SiO5, Lu2SiO5 , and Gd2SiO5
crystals. It is shown that the crystal field of
ligands of the nonequivalent cation sites in
Y2SiO5, Lu2SiO5 , and Gd2SiO5 conserves the
quasi-symmetry of the distorted octahedron
and the distorted tetrahedron; the Pr3+ activa-
tor ions occupy irregularly the nonequivalent
cation sites. At high Pr3+ concentration
(> 1 at. %), in Y2SiO5 one can observe a lu-
minescence quenching associated with mig-
ration and trapping of the electronic exci-
tation energy of the optical centers. For
Y2SiO5:Pr3+, the low-temperature, not typical
of the crystals, mechanism of dephasing of the
optical Pr3+ transitions is analyzed. This
mechanism is found to be conditioned by the
interaction of the doped ions with the
two-level systems of the multi-well adiabatic
potential.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1091
Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïðèðîäà îïòè÷åñêèõ öåíòðîâ Pr3+ â êðèñòàëëàõ Y2SiO5, Lu2SiO5, Gd2SiO5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-128709 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:01:53Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Малюкин, Ю.В. Жмурин, П.Н. Гринев, Б.В. Семиноженко, В.П. Знаменский, Н.В. Маныкин, Э.А. Петренко, Е.А. Юкина, Т.Г. 2018-01-13T18:23:46Z 2018-01-13T18:23:46Z 2002 Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ / Ю.В. Малюкин, П.Н. Жмурин, Б.В. Гринев, В.П. Семиноженко, Н.В. Знаменский, Э.А. Маныкин, Е.А. Петренко, Т.Г. Юкина // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1083-1091. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.20.-e, 42.70.Gi https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128709 Представлен обзор результатов исследования энергетического спектра, каналов релаксации энергии и динамики электронных возбуждений оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu SiO₅ и Gd SiO₅. Показано, что кристаллическое поле лигандов неэквивалентных катионных узлов в этих кристаллах сохраняет квазисимметрию искаженных октаэдра и тетраэдра, ионы активатора Pr³⁺ неравномерно распределены по неэквивалентным катионным узлам Y₂SiO₅. При высоких концентрациях ионов активатора (>1 ат.%) в кристалле Y₂SiO₅ наблюдается тушение люминесценции, связанное с миграцией и захватом на ловушки энергии электронных возбуждений оптических центров. Для Y₂SiO₅ : Pr³⁺ проанализирован не свойственный для кристаллов низкотемпературный механизм дефазировки оптических переходов Pr³⁺, обусловленный взаимодействием примесных ионов с двухуровневыми системами многоямного адиабатического потенциала. Подано огляд результатів дослідження енергетичного спектрa, каналів релаксації енергії та динаміки електронних збуджень оптичних центрів Pr³⁺ в кристалах Y₂SiO₅, Lu SiO₅ и Gd SiO₅. Показано, що кристалічне поле лігандів нееквівалентних катіоннихвузлів у цих кристалах зберігає квазісиметрію спотворених октаедрa та тетраедрa іони активатора Pr³⁺ нерівномірно розподіляються по нееквівалентних катіонних вузлах Y₂SiO₅. При високих концентраціях іонів активатора (> 1 ат.%) в кристалі Y₂SiO₅ спостерігається гасіння люмінесценції, що пов'язано з міграцією та захопленням напастки енергії електронних збуджень оптичних центрів. Для Y₂SiO₅ : Pr³⁺ проаналізованоне властивий для кристалів низькотемпературний механізм дефазіровки оптичних пере-ходів Pr³⁺, обумовлений взаємодією домішкових іонів з дворівневими системами багатоямного адіабатичного потенціалу. The results of investigations of the energy spectrum, energy relaxation channels, and dynamics of electronic excitations of Pr³⁺ optical centers in Y₂SiO₅, Lu SiO₅ and Gd SiO₅.crystals are reviewed. It is shown that the crystal field of the ligands of nonequivalent cationic sites in these crystals preserves the quasisymmetry of distorted octahedra and tetrahedra; the Pr³⁺ activator ions are nonuniformly distributed over the nonequivalent cationic sites in Y₂SiO₅. For high concentrations of activator ions (>1at.%) in Y₂SiO₅ crystals, the luminescence is quenched as a result of the migration and trapping of the electronic excitations energy of optical centers by traps. For Y₂SiO₅ : Pr³⁺ the low-temperature mechanism of dephasing of the optical transitions of Pr³⁺, which is not characteristic for crystals and is due to the interaction of impurity ions with two-level systems of a multiwall adiabatic potential, is analyzed. Авторы посвящают статью 70-летнему юбилею академика В. В. Еременко с теплыми воспоминаниями о совместной работе. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ Microscopic nature of Pr³⁺ optical centers in Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, and Gd₂SiO₅ crystals Article published earlier |
| spellingShingle | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ Малюкин, Ю.В. Жмурин, П.Н. Гринев, Б.В. Семиноженко, В.П. Знаменский, Н.В. Маныкин, Э.А. Петренко, Е.А. Юкина, Т.Г. Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках |
| title | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ |
| title_alt | Microscopic nature of Pr³⁺ optical centers in Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, and Gd₂SiO₅ crystals |
| title_full | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ |
| title_fullStr | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ |
| title_full_unstemmed | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ |
| title_short | Микроскопическая природа оптических центров Pr³⁺ в кристаллах Y₂SiO₅, Lu₂SiO₅, Gd₂SiO₅ |
| title_sort | микроскопическая природа оптических центров pr³⁺ в кристаллах y₂sio₅, lu₂sio₅, gd₂sio₅ |
| topic | Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках |
| topic_facet | Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128709 |
| work_keys_str_mv | AT malûkinûv mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT žmurinpn mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT grinevbv mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT seminoženkovp mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT znamenskiinv mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT manykinéa mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT petrenkoea mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT ûkinatg mikroskopičeskaâprirodaoptičeskihcentrovpr3vkristallahy2sio5lu2sio5gd2sio5 AT malûkinûv microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT žmurinpn microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT grinevbv microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT seminoženkovp microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT znamenskiinv microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT manykinéa microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT petrenkoea microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals AT ûkinatg microscopicnatureofpr3opticalcentersiny2sio5lu2sio5andgd2sio5crystals |