Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода
Экспериментально исследована рекомбинация электронов и дырок в неоновых кристаллах, содержащих глубокие ловушки электронов из-за примесного кислорода вместе со слабо локализованными электронными состояниями матрицы. Измерения проводятся методом спектроскопии катодной люминесценции в диапазонах ВУФ,...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129981 |
| 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: | Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода / А.Г. Белов // Физика низких температур. — 1999. — Т. 25, № 1. — С. 53-62. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-129981 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Белов, А.Г. 2018-02-03T17:10:04Z 2018-02-03T17:10:04Z 1999 Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода / А.Г. Белов // Физика низких температур. — 1999. — Т. 25, № 1. — С. 53-62. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 71.35.-y https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129981 Экспериментально исследована рекомбинация электронов и дырок в неоновых кристаллах, содержащих глубокие ловушки электронов из-за примесного кислорода вместе со слабо локализованными электронными состояниями матрицы. Измерения проводятся методом спектроскопии катодной люминесценции в диапазонах ВУФ, УФ и видимых длин волн при температурах от 2 до 8К. Обнаружено, что температурные зависимости интегральных интенсивностей собственной и внешней люминесценции в твердых растворах кислорода в неоне сходны и немонотонны по своей природе. Наблюдаемый эффект анализируется в модели двух сосуществующих каналов энергетической релаксации электронных возбуждений: через подсистему экситона Γ (1/2,3/2) и через рекомбинацию автолокализованных двухцентровых дырок и электронов. Показано, что изменения температуры интегральных параметров люминесценции обусловлены в основном особенностями рекомбинационного канала, эффективность которого определяется вероятностью локализации электронов в решетке матрицы в низкотемпературных областях (2,5-5К) и вероятностью улавливание примесных центров в температурном интервале 6-8К. Получены дополнительные доказательства возможности электронного автолокализации в решетке Ne с образованием неглубоких локализованных состояний. The recombination of electrons and holes in neon crystals containing deep electron traps due to impurity oxygen along with weakly localized electron states of the matrix is investigated experimentally. Measurements are made by the method of cathode-luminescence spectroscopy in VUV, UV, and visible wavelength ranges at temperatures varying from 2 to 8K. It is found that the temperature dependences of integral intensities of intrinsic and extrinsic luminescence in solid solutions of oxygen in neon are similar and nonmonotonic by nature. The observed effect is analyzed in the model of two coexisting channels of energy relaxation of electron excitations: through the Γ(1/2,3/2) exciton subsystem and through the recombination of self-trapped two-center holes and electrons. It is shown that temperature variations of integral parameters of luminescence are mainly due to peculiarities of the recombination channel whose efficiency is determined by the probability of electron localization in the matrix lattice in the low-temperature regions (2.5–5K) and by the probability of trapping at impurity centers in the temperature range 6–8K. Additional proofs are obtained for the possibility of electron self-trapping in the Ne lattice with the formation of shallow localized states. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Физические свойства криокристаллов Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода Recombination of charge carriers in neon cryocrystals containing oxygen impurity Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| spellingShingle |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода Белов, А.Г. Физические свойства криокристаллов |
| title_short |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| title_full |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| title_fullStr |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| title_full_unstemmed |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| title_sort |
рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода |
| author |
Белов, А.Г. |
| author_facet |
Белов, А.Г. |
| topic |
Физические свойства криокристаллов |
| topic_facet |
Физические свойства криокристаллов |
| publishDate |
1999 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Recombination of charge carriers in neon cryocrystals containing oxygen impurity |
| description |
Экспериментально исследована рекомбинация электронов и дырок в неоновых кристаллах, содержащих глубокие ловушки электронов из-за примесного кислорода вместе со слабо локализованными электронными состояниями матрицы. Измерения проводятся методом спектроскопии катодной люминесценции в диапазонах ВУФ, УФ и видимых длин волн при температурах от 2 до 8К. Обнаружено, что температурные зависимости интегральных интенсивностей собственной и внешней люминесценции в твердых растворах кислорода в неоне сходны и немонотонны по своей природе. Наблюдаемый эффект анализируется в модели двух сосуществующих каналов энергетической релаксации электронных возбуждений: через подсистему экситона Γ (1/2,3/2) и через рекомбинацию автолокализованных двухцентровых дырок и электронов. Показано, что изменения температуры интегральных параметров люминесценции обусловлены в основном особенностями рекомбинационного канала, эффективность которого определяется вероятностью локализации электронов в решетке матрицы в низкотемпературных областях (2,5-5К) и вероятностью улавливание примесных центров в температурном интервале 6-8К. Получены дополнительные доказательства возможности электронного автолокализации в решетке Ne с образованием неглубоких локализованных состояний.
The recombination of electrons and holes in neon crystals containing deep electron traps due to impurity oxygen along with weakly localized electron states of the matrix is investigated experimentally. Measurements are made by the method of cathode-luminescence spectroscopy in VUV, UV, and visible wavelength ranges at temperatures varying from 2 to 8K. It is found that the temperature dependences of integral intensities of intrinsic and extrinsic luminescence in solid solutions of oxygen in neon are similar and nonmonotonic by nature. The observed effect is analyzed in the model of two coexisting channels of energy relaxation of electron excitations: through the Γ(1/2,3/2) exciton subsystem and through the recombination of self-trapped two-center holes and electrons. It is shown that temperature variations of integral parameters of luminescence are mainly due to peculiarities of the recombination channel whose efficiency is determined by the probability of electron localization in the matrix lattice in the low-temperature regions (2.5–5K) and by the probability of trapping at impurity centers in the temperature range 6–8K. Additional proofs are obtained for the possibility of electron self-trapping in the Ne lattice with the formation of shallow localized states.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129981 |
| citation_txt |
Рекомбинация зарядовых носителей в криокристаллах неона с примесью кислорода / А.Г. Белов // Физика низких температур. — 1999. — Т. 25, № 1. — С. 53-62. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT belovag rekombinaciâzarâdovyhnositeleivkriokristallahneonasprimesʹûkisloroda AT belovag recombinationofchargecarriersinneoncryocrystalscontainingoxygenimpurity |
| first_indexed |
2025-11-24T16:07:14Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:07:14Z |
| _version_ |
1850850737448288256 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1, c. 53–62À. Ã. ÁåëîâÐåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ
ïðèìåñüþ êèñëîðîäàA. G. BelovRecombination of charge carriers in neon cryocrystals containing oxygen impurity53
Ðåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé
â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà
À. Ã. Áåëîâ
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á. È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû,
Óêðàèíà, 310164, ã. Õàðüêîâ, ïð. Ëåíèíà, 47
Å-mail: belov@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 6 èþëÿ 1998 ã.
Ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàíà ðåêîìáèíàöèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê â êðèñòàëëàõ íåîíà, â êîòîðûõ
íàðÿäó ñî ñëàáîëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîííûìè ñîñòîÿíèÿìè ìàòðèöû èìåþòñÿ ãëóáîêèå ëîâóøêè,
îáóñëîâëåííûå ïðèìåñüþ êèñëîðîäà. Èçìåðåíèÿ âûïîëíåíû ìåòîäîì êàòîäîëþìèíåñöåíòíîé ñïåêò-
ðîñêîïèè â ÂÓÔ, ÓÔ è âèäèìîì äèàïàçîíàõ äëèí âîëí â òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå 2–8 Ê.
Îáíàðóæåíî, ÷òî òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåãðàëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé ñîáñòâåííîé è ïðèìåñ-
íîé ëþìèíåñöåíöèè â òâåðäûõ ðàñòâîðàõ êèñëîðîäà â íåîíå ïîäîáíû è íîñÿò íåìîíîòîííûé õàðàê-
òåð. Îáíàðóæåííûé ýôôåêò àíàëèçèðóåòñÿ â ðàìêàõ ìîäåëè äâóõ ñîñóùåñòâóþùèõ êàíàëîâ ðåëàê-
ñàöèè ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé: ïî Γ (1/2, 3/2) ýêñèòîííîé ïîäñèñòåìå è ïóòåì
ðåêîìáèíàöèè àâòîëîêàëèçîâàííûõ äâóõöåíòðîâûõ äûðîê ñ ýëåêòðîíàìè. Ïîêàçàíî, ÷òî òåìïåðàòóð-
íûå èçìåíåíèÿ èíòåãðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ëþìèíåñöåíöèè â îñíîâíîì îáóñëîâëåíû îñîáåííîñòÿìè
ðåêîìáèíàöèîííîãî êàíàëà, ýôôåêòèâíîñòü êîòîðîãî â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð 2,5–5 Ê îïðåäåëÿ-
åòñÿ âåðîÿòíîñòüþ ëîêàëèçàöèè ýëåêòðîíîâ â ðåøåòêå ìàòðèöû, à â îáëàñòè 6–8 Ê — âåðîÿòíîñòüþ
çàõâàòà íà ïðèìåñíûõ öåíòðàõ. Ïîëó÷åíû äîïîëíèòåëüíûå äîêàçàòåëüñòâà âîçìîæíîñòè ñàìîçàõâàòà
ýëåêòðîíîâ â ðåøåòêå íåîíà ñ îáðàçîâàíèåì ìåëêèõ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé.
Åêñïåðèìåíòàëüíî äîñëiäæåíî ðåêîìáiíàöiþ åëåêòðîíiâ òà äiðîê â êðèñòàëàõ íåîíó, â ÿêèõ ïîðÿä
ç ñëàáêîëîêàëiçîâàíèìè åëåêòðîííèìè ñòàíàìè ìàòðèöi º ãëèáîêi óëîâëþâà÷i, îáóìîâëåíi äîìiøêîþ
êèñíþ. Âèìiðþâàííÿ çäiéñíåíî ìåòîäîì êàòîäîëþìiíåñöåíòíî¿ ñïåêòðîñêîïi¿ ó ÂÓÔ, ÓÔ i âèäèìîìó
äiàïàçîíàõ äîâæèí õâèëü ó òåìïåðàòóðíîìó iíòåðâàëi 2–8 Ê. Âèÿâëåíî, ùî òåìïåðàòóðíi çàëåæíîñòi
iíòåãðàëüíèõ iíòåíñèâíîñòåé âëàñíî¿ òà äîìiøêîâî¿ ëþìiíåñöåíöi¿ ó òâåðäèõ ðîç÷èíàõ êèñíþ â íåîíi
ïîäiáíi òà íîñÿòü íåìîíîòîííèé õàðàêòåð. Âèÿâëåíèé åôåêò àíàëiçóºòüñÿ â ðàìêàõ ìîäåëi äâîõ
ñïiâiñíóþ÷èõ êàíàëiâ ðåëàêñàöi¿ åíåðãi¿ åëåêòðîííèõ çáóäæåíü: âçäîâæ Γ (1/2, 3/2) åêñèòîííî¿
ïiäñèñòåìè òà øëÿõîì ðåêîìáiíàöi¿ àâòîëîêàëiçîâàíèõ äâîöåíòðîâèõ äiðîê ç åëåêòðîíàìè. Ïîêàçàíî,
ùî òåìïåðàòóðíi çìiíþâàííÿ iíòåãðàëüíèõ õàðàêòåðèñòèê ëþìiíåñöåíöi¿ â îñíîâíîìó îáóìîâëåíi
îñîáëèâîñòÿìè ðåêîìáiíàöiéíîãî êàíàëó, åôåêòèâíiñòü ÿêîãî â îáëàñòi íèçüêèõ òåìïåðàòóð 2,5–5 Ê
âèçíà÷àºòüñÿ iìîâiðíiñòþ ëîêàëiçàöi¿ åëåêòðîíiâ â ãðàòöi ìàòðèöi, à â îáëàñòi 6–8 Ê — iìîâiðíiñòþ
çàõîïëåííÿ éîãî íà äîìiøêîâèõ öåíòðàõ. Îäåðæàíî äîäàòêîâi äîêàçè ìîæëèâîñòi ñàìîçàõîïëåííÿ
åëåêòðîíiâ ó ãðàòöi íåîíó ç óòâîðåííÿì äðiáíèõ ëîêàëiçîâàíèõ ñòàíiâ.
PACS: 71.35.–y
Òâåðäûé íåîí â ñèëó ñðàâíèòåëüíî ñèëüíîé
ýëåêòðîí-ôîíîííîé ñâÿçè, ìàëîñòè áàðüåðîâ ê
àâòîëîêàëèçàöèè è âûñîêîé ïëàñòè÷íîñòè ðåøåò-
êè ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííûì èíåðòíûì êðèîêðèñ-
òàëëîì, â êîòîðîì îòñóòñòâóåò ñîñóùåñòâîâàíèå
ñâîáîäíûõ (FE) è àâòîëîêàëèçîâàííûõ (STE) ýê-
ñèòîíîâ. Ñïåêòðû ëþìèíåñöåíöèè íåîíà ñîäåð-
æàò ïåðåõîäû òîëüêî èç STE ñîñòîÿíèé, ïðè÷åì
äîìèíèðóþò ïîëîñû îäíîöåíòðîâîé êâàçèàòîìíîé
ëþìèíåñöåíöèè à-STE [1–4]. Ïîëíûé ýíåðãåòè-
÷åñêèé ñïåêòð à-STE âîçáóæäåíèé â íåîíå âêëþ-
÷àåò äâà òèïà ïåðåõîäîâ: 1) â ÂÓÔ îáëàñòè ïåðå-
õîäû èç ñîñòîÿíèé 1P1 ,
3P1 è 3P2 â îñíîâíîå,
âîçíèêàþùèå â ðåçóëüòàòå àâòîëîêàëèçàöèè íè-
æàéøèõ Γ(3s, 3s′)-ýêñèòîíîâ; 2) â âèäèìîé îáëàñòè
ñïåêòðà (ÂÈÄ) ïåðåõîäû èç áîëåå âûñîêîýíåðãå-
òè÷íûõ àòîìíûõ òåðìîâ (3p, 3p′), ïðîèñõîäÿùèõ
îò X(3p, 3p′)-ýêñèòîíîâ [5–7]. Íàðÿäó ñ àâòîëîêà-
ëèçàöèåé ýêñèòîíîâ â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà íà-
áëþäàåòñÿ òàêæå àâòîëîêàëèçàöèÿ äûðîê ñ îáðà-
© À. Ã. Áåëîâ, 1999
çîâàíèåì öåíòðîâ Ne2
+ [7,8], à íåäàâíî â [9] áûëè
ïîëó÷åíû ñâèäåòåëüñòâà âîçìîæíîé ëîêàëèçàöèè
ýëåêòðîíîâ â îáëàñòè òåìïåðàòóð íèæå 5 K. Ýô-
ôåêòèâíàÿ àâòîëîêàëèçàöèÿ ýëåêòðîííûõ âîçáóæ-
äåíèé, êàê íåéòðàëüíûõ, òàê è çàðÿäîâûõ, ñâè-
äåòåëüñòâóåò î ñïåöèôèêå ýëåêòðîí-ôîíîííîãî
âçàèìîäåéñòâèÿ â ðåøåòêå íåîíà, îòëè÷àþùåé åãî
îò ðÿäà áîëåå òÿæåëûõ èíåðòíûõ êðèîêðèñòàë-
ëîâ.  ÷àñòíîñòè, ýòî óêàçûâàåò íà òî, ÷òî ïðè
ðàññìîòðåíèè ïðîáëåìû òðàíñïîðòà ýíåðãèè â
íåîíå, íàðÿäó ñ òðàäèöèîííûìè ìåõàíèçìàìè
äâèæåíèÿ ñâîáîäíûõ êâàçè÷àñòèö, íåîáõîäèì
ó÷åò ìèãðàöèè àâòîëîêàëèçîâàííûõ ýêñèòîíîâ è
çàðÿäîâûõ öåíòðîâ (ïîëÿðîíîâ) â ïðîöåññå èõ
ïåðåñêîêîâîé äèôôóçèè.
Äàííàÿ ðàáîòà ÿâëÿåòñÿ ðàçâèòèåì íà÷àòûõ â
[9] èññëåäîâàíèé ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè ýíåðãèè
âîçáóæäåíèÿ è âîçìîæíîé àâòîëîêàëèçàöèè ýëåê-
òðîíîâ ñ îáðàçîâàíèåì ìèêðîïîëîñòè â ÷èñòûõ è
ïðèìåñíûõ êðèñòàëëàõ íåîíà ïðè íèçêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ. Èçó÷àåòñÿ âëèÿíèå ïðèìåñè, îáëàäàþùåé
çíà÷èòåëüíûì ñðîäñòâîì ê ýëåêòðîíó, íà ýôôåê-
òèâíîñòü èçëó÷àòåëüíîé àííèãèëÿöèè ñîáñòâåí-
íûõ è ïðèìåñíûõ ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé â
êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà. Îáíàðóæåíî, ÷òî èíòåã-
ðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü ëþìèíåñöåíöèè òâåðäûõ
ðàñòâîðîâ êèñëîðîäà â íåîíå íåìîíîòîííî çàâèñèò
îò òåìïåðàòóðû. Íàáëþäàåìûé ýôôåêò àíàëèçè-
ðóåòñÿ â ïðåäïîëîæåíèè î äâóõ âîçìîæíûõ êàíà-
ëàõ ðåëàêñàöèè ýíåðãèè âîçáóæäåíèÿ: ýêñèòîííîãî
è ðåêîìáèíàöèîííîãî. Ïîêàçàíî, ÷òî òåìïåðàòóð-
íûå èçìåíåíèÿ èíòåãðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê êàê
ñîáñòâåííîé, òàê è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè îï-
ðåäåëÿþòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì ðåêîìáèíàöèîííûì
êàíàëîì. Â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð 2,5–5 Ê
ýôôåêòèâíîñòü ðåêîìáèíàöèîííîãî âêëàäà çàâè-
ñèò îò âåðîÿòíîñòè àâòîëîêàëèçàöèè ýëåêòðîíîâ â
îáúåìå êðèñòàëëà ñ îáðàçîâàíèåì «ìåëêîé ëîâóø-
êè». Â îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóð 5–8 Ê
ýôôåêòèâíîñòü ðåêîìáèíàöèîííîãî êàíàëà êîíò-
ðîëèðóåòñÿ çàõâàòîì ýëåêòðîíîâ ýëåêòðîîòðèöà-
òåëüíîé ïðèìåñüþ, ïðè ýòîì ôîðìèðóþòñÿ ãëóáî-
êèå öåíòðû ñ îòðèöàòåëüíûì çàðÿäîì.
1. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ òåõíèêà
Èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû íà óñòàíîâêå äëÿ èçó-
÷åíèÿ ëþìèíåñöåíòíûõ õàðàêòåðèñòèê êðèîêðèñ-
òàëëîâ è èõ òâåðäûõ ðàñòâîðîâ â ñïåêòðàëüíîì
äèàïàçîíå 1,5–25 ýÂ [10,11]. Èññëåäîâàíû êðèñ-
òàëëû íåîíà âûñîêîé ÷èñòîòû è êðèñòàëëû, ñî-
äåðæàùèå 10−2–1% ïðèìåñè êèñëîðîäà. Îïòè÷åñêè
÷èñòûé íåîí ïåðåä ýêñïåðèìåíòîì äîïîëíèòåëüíî
î÷èùàëñÿ ïðè ïðîïóñêàíèè ãàçà ÷åðåç óñòàíîâêó ñ
æèäêèì ëèòèåì ïðè T ≈ 200 °C. Çàäàííûå êîí-
öåíòðàöèè êèñëîðîäà â íåîíå áûëè ïîëó÷åíû
ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðàçáàâëåíèÿ ãàçîâûõ
ñìåñåé. Èññëåäóåìûå îáðàçöû ïðèãîòîâëÿëèñü
ìåòîäîì êîíäåíñàöèè ãàçîâîé ñìåñè íà ïîäëîæêó
îïòè÷åñêîãî ãåëèåâîãî êðèîñòàòà ïðè òåìïåðàòóðå
áëèçêîé ê òåìïåðàòóðå ñóáëèìàöèè íåîíà. Ïîñëå
òåðìè÷åñêîãî îòæèãà îáðàçöû ìåäëåííî îõëàæäà-
ëèñü äî çàäàííîé òåìïåðàòóðû.
Âîçáóæäåíèå îáðàçöîâ ïðîâîäèëîñü ìîíîõðî-
ìàòè÷íûìè ýëåêòðîíàìè ñ ýíåðãèåé Ee = 2,3 êý è
ïëîòíîñòüþ òîêà ie = 0,03 ìÀ/ñì2, êîãäà ëþìèíåñ-
öåíöèÿ èç îáúåìíûõ öåíòðîâ äîìèíèðóåò íàä èç-
ëó÷åíèåì ñ ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòèõ óñëîâèÿõ âîç-
áóæäåíèÿ îáðàçåö íå èñïûòûâàë çíà÷èòåëüíîãî
ðàñïûëåíèÿ â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ÷àñîâ, ÷òî êîíò-
ðîëèðîâàëîñü êàê âèçóàëüíî, òàê è ïî ñòàáèëüíîñ-
òè ñïåêòðà ïðè èçîòåðìè÷åñêîé âûäåðæêå.
Ñïåêòðû â ÂÓÔ è âèäèìîì äèàïàçîíàõ ðåãèñò-
ðèðîâàëèñü îäíîâðåìåííî ïîä óãëîì 45° ê ïëîñ-
êîñòè ïîäëîæêè. Ñîáñòâåííàÿ è ïðèìåñíàÿ ÂÓÔ
ëþìèíåñöåíöèÿ èññëåäîâàëàñü ñ ïîìîùüþ âà-
êóóìíîãî ìîíîõðîìàòîðà íîðìàëüíîãî ïàäåíèÿ
ÂÌÐ-2 ñ ðåøåòêîé 600 øòðèõîâ/ìì. Ñîáñòâåí-
íàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ íåîíà ðåãèñòðèðîâàëàñü â
òðåòüåì ïîðÿäêå ñ ðàçðåøåíèåì 0,2 A° . Ðàçðåøå-
íèå äëÿ ïðèìåñíûõ ïîëîñ êèñëîðîäà äîñòèãàëî
0,5 A° .  âèäèìîé è áëèæíåé ÈÊ îáëàñòÿõ èçëó÷å-
íèå äåòåêòèðîâàëîñü ñ ïîìîùüþ äâîéíîãî ìîíî-
õðîìàòîðà ÄÔÑ-24 ñ ðàçðåøåíèåì ïî ñïåêòðó íå
ìåíüøå 0,2 A° . Äåòàëè ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîöå-
äóðû îïèñàíû â ðàáîòå [9].
2. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé
2.1. Èäåíòèôèêàöèÿ ñòðóêòóðû ñïåêòðîâ
ñîáñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè.
Êîíöåíòðàöèîííûå èçìåíåíèÿ
Èçìåðåííûå ñïåêòðîãðàììû èçëó÷åíèÿ ÷èñòîãî
íåîíà ïîäîáíû ðàíåå îïóáëèêîâàííûì â ðàáîòàõ
[9,12,13] è ñîäåðæàò â îñíîâíîì ïåðåõîäû èç
îäíîöåíòðîâûõ (êâàçèàòîìíûõ) àâòîëîêàëèçîâàí-
íûõ ñîñòîÿíèé (a-STE). Îíè âêëþ÷àþò ïîëîñû
ëþìèíåñöåíöèè, ðàñïîëîæåííûå â äâóõ ñóùåñò-
âåííî ðàçëè÷àþùèõñÿ ïî ýíåðãèè èíòåðâàëàõ
äëèí âîëí. Â êðàéíåì ÂÓÔ äèàïàçîíå íàáëþäà-
þòñÿ ïåðåõîäû èç íèæàéøèõ 2p53s(3s′)-ñîñòîÿíèé
( 1P1 ,
3P1 è 3P2 â òåðìèíàõ ðåññåëü-ñàóíäåðîâ-
ñêîé ñâÿçè) íà îñíîâíîé 2p6 1S0-òåðì. Â áëèæíåé
ÈÊ è âèäèìîé îáëàñòÿõ âîçíèêàåò ñåðèÿ ïîëîñ
ïåðåõîäîâ ñ 2p53p(3p′) íà 2p53s(3s′)-óðîâíè. Õà-
ðàêòåðíûå ó÷àñòêè ñïåêòðîãðàìì ëþìèíåñöåíöèè
êðèñòàëëè÷åñêîãî íåîíà ïðèâåäåíû íà ðèñ. 1. Â
âåðõíåé ÷àñòè ðèñóíêà âåðòèêàëüíûìè ÷åðòî÷êà-
ìè îáîçíà÷åíî ïîëîæåíèå ëèíèé â ñïåêòðå èçëó-
À. Ã. Áåëîâ
54 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1
÷åíèÿ ãàçîîáðàçíîãî íåîíà. Êàê âèäíî íà ðèñóí-
êå, êàæäîìó ïåðåõîäó â ñâîáîäíîì àòîìå ñîîòâåò-
ñòâóåò ïîëîñà, âêëþ÷àþùàÿ êîìïîíåíòû «2»,
«1», «d», «0» è «s». Êàê áûëî ïîêàçàíî ðàíåå
[6,9,12,13], ïåðâûå òðè èç íèõ âîçíèêàþò â ðå-
çóëüòàòå ôîðìèðîâàíèÿ a-STE â îáúåìå îáðàçöà.
Èõ ïîëîæåíèå è ïîëóøèðèíà îòðàæàþò ðàçëè÷-
íóþ ñòåïåíü äåôîðìàöèè áëèæàéøåãî êðèñòàëëè-
÷åñêîãî îêðóæåíèÿ âîêðóã âîçáóæäåííîãî öåíòðà
â ïðîöåññå ðåëàêñàöèè ýíåðãèè ê ðàçëè÷íûì ñòà-
áèëüíûì êîíôèãóðàöèÿì a-STE [6,9,12]. Ïîñëåä-
íèå äâå êîìïîíåíòû («0» è «s») îáóñëîâëåíû
ñàìîçàõâàòîì âîçáóæäåíèé íà ñâîáîäíîé ïîâåðõ-
íîñòè êðèñòàëëà [5,6,13].
Ïðèìåñíîå èçëó÷åíèå êèñëîðîäà â ìàòðèöå
íåîíà ñîñòîèò â îñíîâíîì èç ïîëîñ êâàçèàòîìíûõ
âîçáóæäåííûõ O∗-öåíòðîâ, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî
ïåðâîíà÷àëüíûé ñîñòàâ òâåðäîé ñìåñè Ne–O2 ñî-
äåðæàë òîëüêî ìîëåêóëÿðíûé êèñëîðîä. Â ñïåêòðå
ïðèñóòñòâóþò ïîëîñû ëþìèíåñöåíöèè êàê âàëåíò-
íûõ (1S–1D, 1S–3P è 1D–3P), òàê è ðèäáåðãîâñ-
êèõ (3s5S → 2p4 3P, 3s3S → 2p4 3P, 3s′ 1D →
→ 2p4 1D, 3s′ 3D → 2p4 3P) ïåðåõîäîâ (ðèñ. 2).
Ñòðóêòóðà ïîëîñ âñåõ ðèäáåðãîâñêèõ ïåðåõîäîâ
O∗ îêàçàëàñü ïîäîáíîé ñòðóêòóðå ïîëîñ à-STE
ñîáñòâåííîãî èçëó÷åíèÿ íåîíà â ÂÓÔ äèàïàçîíå.
Ëþìèíåñöåíöèÿ èç îáúåìà âêëþ÷àåò äâå îòíîñè-
òåëüíî øèðîêèå êîìïîíåíòû «2» è «1» è â çàâè-
ñèìîñòè îò èíäåêñà ìóëüòèïëåòíîñòè îäíó èëè
íåñêîëüêî óçêèõ êîìïîíåíò «d». Èçëó÷åíèå ïðè-
ìåñíûõ öåíòðîâ, ðàñïîëîæåííûõ âáëèçè ñâîáîä-
íîé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà, ñîäåðæèò óçêèå êîì-
ïîíåíòû «s» è «0». Ïîñëåäíÿÿ ñ òî÷íîñòüþ äî
ðàçðåøåíèÿ íàøåé àïïàðàòóðû ñîâïàäàåò ñ èç-
ëó÷åíèåì ñâîáîäíîãî âîçáóæäåííîãî àòîìà O∗.
Ñòðóêòóðà ðèäáåðãîâñêèõ ñîñòîÿíèé O∗ â íåîíå
àíàëèçèðîâàëàñü â ðàáîòå [11]. Áûëî ïîêàçàíî,
÷òî êîìïîíåíòû «2», «1» è «d» ñîîòâåòñòâóþò
ðàçëè÷íûì ñòàäèÿì äåôîðìàöèè ðåøåòêè âîêðóã
âîçáóæäåííîãî ïðèìåñíîãî àòîìà, à êîìïîíåíòà
«0» âîçíèêàåò â ðåçóëüòàòå äåñîðáöèè O∗ ñ ïî-
âåðõíîñòè êðèñòàëëà â âàêóóì.
Ðèñ. 1. Õàðàêòåðíûå ó÷àñòêè ñïåêòðîãðàìì ëþìèíåñöåíöèè
òâåðäîãî íåîíà â âèäèìîì (à) è ÂÓÔ (á) äèàïàçîíàõ.
a
á
Ðèñ. 2. Õàðàêòåðíûå ó÷àñòêè ñïåêòðîãðàìì ïðèìåñíîãî èçëó÷å-
íèÿ êèñëîðîäà â òâåðäîì ðàñòâîðå Ne–O2 ïðè c ≈ 10–2 ìîë.%:
îáëàñòü âàëåíòíîãî ïåðåõîäà 1S → 1D (à); îáëàñòü ðèäáåð-
ãîâñêèõ ïåðåõîäîâ (á).
a
á
Ðåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1 55
Íàèáîëåå èíòåíñèâíàÿ ïîëîñà âàëåíòíûõ ïå-
ðåõîäîâ â âèäèìîì äèàïàçîíå äëèí âîëí ñîîòâåò-
ñòâóåò ïîëîñå ïåðåõîäà 1S–1D (ðèñ. 2,à). Åå
ìíîãîêîìïîíåíòíàÿ ñòðóêòóðà îáóñëîâëåíà ðàç-
ëè÷íûìè ïîëîæåíèÿìè àòîìîâ O∗ â êðèñòàë-
ëè÷åñêîé ðåøåòêå: óçëû âíåäðåíèÿ, çàìåùåíèÿ,
öåíòðû âáëèçè äåôåêòîâ è íà ãðàíèöàõ çåðåí [11].
Ìîëåêóëÿðíàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ êèñëîðîäà â
íåîíå ïðåäñòàâëåíà ñåðèåé îòíîñèòåëüíî ñëàáûõ
ïîëîñ A2Πu → X2Πg-ïåðåõîäà ìåæäó òåðìàìè
èîíà O2
+ ; ñåðèÿ ðàñïîëîæåíà íà ãðàíèöå âèäèìî-
ãî è ÓÔ äèàïàçîíîâ.
Ïðîöåññû ôîðìèðîâàíèÿ ïðèìåñíûõ èçëó÷àþ-
ùèõ öåíòðîâ êèñëîðîäà â íåîíå âêëþ÷àþò öåëûé
ðÿä êðèîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé, îáóñëîâëåííûõ ëî-
êàëèçàöèåé ýíåðãèè âûñîêîýíåðãåòè÷íûõ ýëåêò-
ðîííûõ âîçáóæäåíèé ìàòðèöû E ≥ 17 ýÂ íà ïðè-
ìåñíûõ öåíòðàõ è äàëüíåéøåé åå ðåëàêñàöèåé â
ñèñòåìå: ýôôåêòèâíóþ äèññîöèàöèþ ìîëåêóë; óñ-
êîðåííóþ íàäòåïëîâóþ ìèãðàöèþ ïðèìåñíûõ àòî-
ìîâ ïî ðåøåòêå; äåôåêòîîáðàçîâàíèå è äð. Ïðè
ýòîì èíòåíñèâíîñòü ÂÓÔ èçëó÷åíèÿ ðèäáåðãîâñ-
êèõ âîçáóæäåíèé îïðåäåëÿåòñÿ êîíöåíòðàöèåé ðà-
äèêàëîâ O â ðåøåòêå íåîíà, à ëþìèíåñöåíöèÿ
âàëåíòíûõ ïåðåõîäîâ — ñîäåðæàíèåì â ðàñòâîðå
O2-öåíòðîâ. Â ñòàöèîíàðíûõ óñëîâèÿõ âîçáóæäå-
íèÿ áàëàíñ ìåæäó öåíòðàìè O2 è O ïîääåðæèâà-
åòñÿ ïðîöåññîì ðàäèàöèîííî ñòèìóëèðîâàííîé
äèôôóçèè O∗-öåíòðîâ è çàâèñèò îò èíòåíñèâíîñòè
âîçáóæäàþùåãî ïîòîêà ýëåêòðîíîâ [14].
Ïðè ââåäåíèè êèñëîðîäà â äèàïàçîíå êîíöåíò-
ðàöèé 10−3% ≤ c < 10−1% èíòåãðàëüíàÿ èíòåíñèâ-
íîñòü ñîáñòâåííîãî èçëó÷åíèÿ íåîíà ïîñòåïåííî
óìåíüøàåòñÿ, îäíàêî ñòðóêòóðà ïîëîñ íå ïðå-
òåðïåâàåò èçìåíåíèé. Óáûâàíèå ÂÓÔ ëþìèíåñ-
öåíöèè ïðîèñõîäèò áûñòðåå, ÷åì 3p(3p′) → 3s(3s′)
ÈÊ è ÂÈÄ ïåðåõîäîâ. Ïðèìåñíûé ñïåêòð êèñëî-
ðîäà ñîäåðæèò òîëüêî ïîëîñû êâàçèàòîìíîé ëþ-
ìèíåñöåíöèè: â ÂÓÔ îáëàñòè ïðèñóòñòâóþò ïåðå-
õîäû òîëüêî èç 3S è 5S ðèäáåðãîâñêèõ ñîñòîÿíèé
àòîìîâ O∗, à â âèäèìîì äèàïàçîíå — â îñíîâíîì
ïîëîñà 1S–1D âàëåíòíîãî ïåðåõîäà. Ñ ðîñòîì ñî-
äåðæàíèÿ êèñëîðîäà èõ èíòåíñèâíîñòè óâåëè-
÷èâàþòñÿ. Ïðè c = 0,1% â ñïåêòðå ïðèìåñíîé
ÂÓÔ ëþìèíåñöåíöèè ïîÿâëÿþòñÿ ñëàáûå äîïîë-
íèòåëüíûå ïîëîñû ïåðåõîäîâ èç ñîñòîÿíèé 3s′ 1D
è 3s′ 3D.
 îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ êîíöåíòðàöèé (c ≥ 0,3%)
íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííàÿ òðàíñôîðìàöèÿ ñïåêò-
ðà ñîáñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè.
Ïðîèñõîäèò ðåçêîå çàòóõàíèå ñîáñòâåííûõ ïîëîñ
ëþìèíåñöåíöèè íåîíà (êàê îáúåìíûõ, òàê è ïî-
âåðõíîñòíûõ). Èíòåíñèâíîñòü ïðèìåñíîé ëþìè-
íåñöåíöèè ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ. Óñèëåíèå
ðèäáåðãîâñêèõ ïåðåõîäîâ O∗ ñîïðîâîæäàåòñÿ
ïåðåðàñïðåäåëåíèåì èíòåíñèâíîñòè ìåæäó êîìïî-
íåíòàìè «2», «1» è «d». Èíòåíñèâíîñòè êîìïî-
íåíò «d» ðåçêî âîçðàñòàþò ïî ñðàâíåíèþ ñ «1» è
«2», à êîìïîíåíòû «1» ñòàíîâÿòñÿ èíòåíñèâíåå,
÷åì «2».  âèäèìîì äèàïàçîíå èíòåíñèâíîñòü ïî-
ëîñû 1S → 1D òàêæå óâåëè÷èâàëàñü. Ïîìèìî íåå
â ñïåêòðå âîçíèêàåò ìîëåêóëÿðíàÿ ñåðèÿ A2Πu–X2Πg ,
ñâèäåòåëüñòâóþùàÿ î ñóùåñòâîâàíèè â îáëó÷åí-
íûõ êðèñòàëëàõ O2–Ne ïîëîæèòåëüíûõ ìîëåêó-
ëÿðíûõ èîíîâ êèñëîðîäà.
2.2. Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû íà ñïåêòðû
ëþìèíåñöåíöèè òâåðäûõ ðàñòâîðîâ O2–Ne
Âàðèàöèÿ òåìïåðàòóðû îáðàçöà â äèàïàçîíå
2–8 Ê íå èçìåíÿåò ñïåêòðàëüíîé ñòðóêòóðû èç-
ëó÷åíèÿ, íî ïðèâîäèò ê ïåðåðàñïðåäåëåíèþ èí-
òåíñèâíîñòè ìåæäó îòäåëüíûìè êîìïîíåíòàìè
âíóòðè êîíòóðà ñëîæíûõ ïîëîñ è âûçûâàåò ñóùå-
ñòâåííîå èçìåíåíèå èíòåãðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè
èçëó÷åíèÿ â öåëîì. Äëÿ ñëó÷àÿ ÷èñòûõ êðèîêðèñ-
òàëëîâ íåîíà òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåã-
ðàëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé îáúåìíîãî ÂÓÔ èçëó-
÷åíèÿ (IVUV) [ïåðåõîäû 3s(3s′) → 1S0] è ÂÈÄ
ëþìèíåñöåíöèè (IVIS) [3p(3p′) → 3s(3s′)] ïðåä-
ñòàâëåíû íà ðèñ. 3. Òàì æå ïðèâåäåíà çàâèñè-
ìîñòü îò òåìïåðàòóðû ñóììàðíîé èíòåãðàëüíîé
èíòåíñèâíîñòè îáúåìíîãî èçëó÷åíèÿ ÷èñòîãî íåî-
íà (Itot): Itot = IVIS + IVUV . Êàê âèäíî íà ðèñ. 3,
èíòåíñèâíîñòè ëþìèíåñöåíöèè IVUV è IVIS óâåëè-
÷èâàþòñÿ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû, îäíàêî õàðàêòåð
èõ èçìåíåíèé ðàçëè÷åí: IVIS óâåëè÷èâàåòñÿ ïðàê-
òè÷åñêè íà ïîðÿäîê â èíòåðâàëå îò 2,5 äî 8 Ê;
IVUV âîçðàñòàåò ëèøü â èíòåðâàëå 2–5 Ê íà 10%
íà÷àëüíîãî çíà÷åíèÿ, à çàòåì ñëàáî óáûâàåò. Â
ðåçóëüòàòå ñóììàðíàÿ èíòåíñèâíîñòü â äèàïàçîíå
2,5–6 Ê óâåëè÷èâàåòñÿ â 1,4 ðàçà, à çàòåì âûõî-
äèò íà íàñûùåíèå.
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåãðàëüíûõ èíòåíñèâ-
íîñòåé ëþìèíåñöåíöèè èç íèæàéøèõ âîçáóæäåííûõ 3P1,2- è
1P1-ñîñòîÿíèé (IVUV), 3p → 3s-ïåðåõîäîâ (IVIS) è èõ ñóììû
(Itot) â ÷èñòûõ êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà.
À. Ã. Áåëîâ
56 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1
Ââåäåíèå êèñëîðîäà â ìàòðèöó íåîíà â îáëàñòè
êîíöåíòðàöèé 10−3–10−2% ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò
íà õîä òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé èíòåíñèâíîñ-
òåé IVUV è IVIS ìàòðèöû â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð
2,5–6 Ê (ðèñ. 4,a). Â îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ
òåìïåðàòóð (T > 6 K) îáíàðóæèâàåòñÿ äîïîëíè-
òåëüíûé ñïàä èíòåíñèâíîñòåé, îñîáåííî IVIS . Ýòîò
ýôôåêò ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî çàâèñèìîñòü ñóììàð-
íîé èíòåíñèâíîñòè Itot îò òåìïåðàòóðû êðèñòàëëà
ïðèîáðåòàåò íåìîíîòîííûé õàðàêòåð è ìîæåò
áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå äâóõ ó÷àñòêîâ: âîçðàñ-
òàíèÿ â äèàïàçîíå 2,5–6 Ê è óáûâàíèÿ â îáëàñòè
6–8 Ê. Ïî ìåðå ðîñòà êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà â
îáðàçöàõ êðóòèçíà ñïàäà èíòåíñèâíîñòåé IVIS ,
IVUV è Itot â âûñîêîòåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå
6–8 Ê âîçðàñòàåò (ðèñ. 4,á,â) è ïðè c = 1% çíà÷å-
íèå Itot ïðè 8 Ê ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííî íèæå
èíòåíñèâíîñòè ïðè 2 Ê. Ïðè ýòîì íàáëþäàåòñÿ
íåáîëüøîå ñìåùåíèå ïåðåãèáà êðèâûõ Itot , IVUV
è IVIS â îáëàñòü áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóð, îñîáåí-
íî ÷åòêî âûðàæåííîå íà çàâèñèìîñòè IVIS(T).
Çàâèñèìîñòü èíòåãðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ïðè-
ìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè îò òåìïåðàòóðû îáðàçöîâ
ïðè ðàçëè÷íûõ êîíöåíòðàöèÿõ êèñëîðîäà ïðèâå-
äåíà íà ðèñ. 5. Êðèâûìè IR ïîêàçàí õîä îáùåé
èíòåãðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ðèäáåðãîâñêèõ ïåðå-
õîäîâ, IV — âàëåíòíûõ, à IR+V — ïîëíîé ñóììû
ðèäáåðãîâñêîãî è âàëåíòíîãî èçëó÷åíèé. Êàê âèä-
íî íà ðèñ. 5, â ñëàáîêîíöåíòðèðîâàííûõ òâåðäûõ
ðàñòâîðàõ Ne–O2 (c ≤ 10−2%) çàâèñèìîñòü èíòåã-
ðàëüíîé èíòåíñèâíîñòè ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåí-
öèè îò òåìïåðàòóðû êðèñòàëëà îêàçûâàåòñÿ ïî-
äîáíîé çàâèñèìîñòè èíòåíñèâíîñòè ñîáñòâåííîé
ëþìèíåñöåíöèè ìàòðèöû. Íàáëþäàåòñÿ âîçðàñòà-
íèå IR , IV è IR+V â èíòåðâàëå 2,5–6,5 Ê è ñëàáûé
èõ ñïàä â îáëàñòè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóð.
Óâåëè÷åíèå ñîäåðæàíèÿ ïðèìåñè äî 10−1% ïðè-
âîäèò ê óìåíüøåíèþ òåìïà âîçðàñòàíèÿ â íèçêî-
òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå, óñèëåíèþ êðóòèçíû è
ñäâèãó òî÷êè ïåðåãèáà êðèâûõ IR , IV è IR+V â
âûñîêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè (ðèñ. 5,á). Â îá-
ëàñòè áîëüøèõ êîíöåíòðàöèé êèñëîðîäà (c = 1%),
â êîòîðîé, êàê óêàçûâàëîñü âûøå, ïðîèñõîäèò
ðåçêîå ïàäåíèå èíòåíñèâíîcòè èçëó÷åíèÿ ìàòðèöû
è ñóùåñòâåííàÿ òðàíñôîðìàöèÿ ñïåêòðà èçëó÷å-
íèÿ ïðèìåñè, òåìïåðàòóðíîå ïîâåäåíèå èíòåãðàëü-
íîé èíòåíñèâíîñòè ïðèìåñè òàêæå ïðåòåðïåâàåò
ñóùåñòâåííîå èçìåíåíèå (ðèñ. 5,â). Íà êðèâîé
IV ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò íà÷àëüíûé íèçêîòåì-
ïåðàòóðíûé ó÷àñòîê ðîñòà, à õàðàêòåðíûé ó÷àñòîê
ñïàäà èíòåíñèâíîñòè â îáëàñòè âûñîêèõ òåìïåðà-
òóð íà÷èíàåòñÿ ñ T = 4 Ê. Íàïðîòèâ, çàâèñèìîñòü
IR(T) â äèàïàçîíå 4–8 Ê äåìîíñòðèðóåò ñóùåñò-
âåííîå óâåëè÷åíèå èíòåíñèâíîñòè ðèäáåðãîâñêèõ
ïåðåõîäîâ. Â ðåçóëüòàòå ñóììàðíàÿ èíòåãðàëüíàÿ
èíòåíñèâíîñòü ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè IR+V
ïðè êîíöåíòðàöèè c ≈ 1% èìååò ó÷àñòîê ñïàäà èí-
òåíñèâíîñòè â äèàïàçîíå äî T ≈ 5 Ê, êîòîðûé àíòè-
Ðèñ. 4. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè èíòåãðàëüíûõ èíòåíñèâ-
íîñòåé ñîáñòâåííîé ëþìèíåñöåíöèè íåîíà â òâåðäûõ ðàñòâî-
ðàõ Ne–O2 ïðè êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà 10−2 (a), 10−1 (á),
1 (â) ìîë.%. IVUV — èíòåãðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü ïåðåõîäîâ
èç íèæàéøèõ âîçáóæäåííûõ ñîñòîÿíèé â ÂÓÔ îáëàñòè
ñïåêòðà; IVIS — èíòåãðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü ïåðåõîäîâ
ìåæäó âîçáóæäåííûìè ñîñòîÿíèÿìè, ðàñïîëîæåííûìè â âè-
äèìîì äèàïàçîíå; Itot — ïîëíàÿ èíòåãðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü
â ÂÓÔ è âèäèìîì äèàïàçîíàõ.
à
á
â
Ðåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1 57
êîððåëèðóåò ñ àíàëîãè÷íûì ó÷àñòêîì êðèâîé Itot
ñîáñòâåííîé ëþìèíåñöåíöèè ìàòðèöû (ðèñ. 4,â).
 áîëåå âûñîêîòåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå Itot
ïðàêòè÷åñêè âûõîäèò íà íàñûùåíèå.
Êàê îòìå÷àëîñü â [9], ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ îá-
ëó÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ äëèòåëüíîå çàòóõàíèå êàê
ñîáñòâåííîé, òàê è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè
(ïîñëåñâå÷åíèå). Êðèâûå çàòóõàíèÿ äëÿ ðàçëè÷-
íûõ ïåðåõîäîâ îêàçûâàþòñÿ ïîäîáíûìè äðóã
äðóãó [9]. Ïðè ìàëîì ñîäåðæàíèè êèñëîðîäà íà-
÷àëüíûé ó÷àñòîê îñíîâíîãî ñïàäà ïîñëåñâå÷åíèÿ
(1–2 ìèí) õîðîøî îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì I ~ 1/t.
Ïðè ïîâûøåíèè êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà èíòåí-
ñèâíîñòü ïîñëåñâå÷åíèÿ ñîáñòâåííûõ ïåðåõîäîâ
ìàòðèöû â ÂÓÔ è ÂÈÄ äèàïàçîíàõ ñóùåñòâåííî
óìåíüøàåòñÿ, à ïðèìåñè — âîçðàñòàåò. Ïðè ýòîì
âîçðàñòàåò è ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïðèìåñíîãî
ïîñëåñâå÷åíèÿ çà ñ÷åò ïîÿâëåíèÿ äîïîëíèòåëüíîé
êîìïîíåíòû, õàðàêòåðèçóþùåéñÿ áîëåå äëèòåëü-
íîé âðåìåííîé êîíñòàíòîé. Ïîâûøåíèå òåìïå-
ðàòóðû òâåðäûõ ðàñòâîðîâ, ïðåäâàðèòåëüíî ïîä-
âåðãíóòûõ îáëó÷åíèþ, ïðèâîäèò ê èíòåíñèâíîé
òåðìîëþìèíåñöåíöèè, íàáëþäàåìîé íà âñåõ ïðè-
ìåñíûõ ïîëîñàõ, è ñîïðîâîæäàåòñÿ òåðìîâñïûø-
êàìè ïðè T ≥ 9 Ê.
3. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ
Ê íàèáîëåå ñóùåñòâåííûì ðåçóëüòàòàì äàííîãî
ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ ñëåäóåò îòíåñ-
òè: 1) ïîñëåäîâàòåëüíîå èçó÷åíèå òðàíñôîðìàöèè
ñïåêòðà ñîáñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè
ïðè èçìåíåíèè êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà â êðèñ-
òàëëàõ íåîíà; 2) îáíàðóæåíèå è äåòàëüíîå èññëå-
äîâàíèå íåìîíîòîííîé çàâèñèìîñòè ñîáñòâåííîé è
ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè îò òåìïåðàòóðû. Ïåð-
âàÿ ãðóïïà ðåçóëüòàòîâ îòðàæàåò îñîáåííîñòè
ïðîöåññîâ ìèãðàöèè ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ âîç-
áóæäåíèé ìàòðèöû è çàõâàòà ýíåðãèè ïðèìåñíû-
ìè öåíòðàìè ïðè âàðüèðîâàíèè èõ êîíöåíòðàöèè.
Âòîðàÿ ãðóïïà, êàê áóäåò ïîêàçàíî íèæå, îáóñ-
ëîâëåíà òåìïåðàòóðíûìè èçìåíåíèÿìè ýôôåêòèâ-
íîñòè ðåêîìáèíàöèîííîãî ïðîöåññà â òâåðäîì
ðàñòâîðå ïðè åãî âûñîêîýíåðãåòè÷íîì (E > Eg)
âîçáóæäåíèè.
Ðàññìîòðèì áîëåå ïîäðîáíî ïðîöåññû ðåëàêñà-
öèè ýëåêòðîííîé ýíåðãèè è ôîðìèðîâàíèÿ èçëó-
÷àþùèõ öåíòðîâ â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà.  [9]
áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïðè âîçáóæäåíèè íåîíà ïó÷-
êîì ýëåêòðîíîâ ñ ýíåðãèåé E ≥ 100 ýÂ â íåì ñîñó-
ùåñòâóþò îäíîâðåìåííî äâà êàíàëà ðåëàêñàöèè
ýíåðãèè — ýêñèòîííûé è ÷èñòî ðåêîìáèíàöèîí-
íûé (ðèñ. 6). Ýêñèòîííûé êàíàë ðåëàêñàöèè
ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé ÿâëÿåòñÿ äî-
ìèíèðóþùèì äëÿ òÿæåëûõ èíåðòíûõ êðèñòàëëîâ
[1–4]. Îí ïðèâîäèò ê ýôôåêòèâíîìó ñáðîñó ýíåð-
ãèè âûñîêîýíåðãåòè÷íûõ Γ-ýêñèòîíîâ, êàê íåïî-
ñðåäñòâåííî ñîçäàâàåìûõ â ïðîöåññå îáëó÷åíèÿ (â
òîì ÷èñëå ñ ó÷àñòèåì âòîðè÷íîãî òîðìîçíîãî èç-
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè èíòåãðàëüíûõ èíòåíñèâíîñòåé ïðèìåñíîé
ëþìèíåñöåíöèè O∗-öåíòðîâ îò òåìïåðàòóðû ïðè êîíöåíòðàöèè
êèñëîðîäà 10−2 (a), 10−1 (á), 1 (â) ìîë.%. IR+V — ïîëíàÿ èí-
òåãðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü O∗-öåíòðîâ; IR — èíòåãðàëüíàÿ èí-
òåíñèâíîñòü ðèäáåðãîâñêèõ ïåðåõîäîâ; IV — èíòåãðàëüíàÿ
èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ âàëåíòíîãî ïåðåõîäà 1S → 1D.
Ïóíêòèðîì ïîêàçàíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü èçëó÷åíèÿ
ïðèìåñíûõ öåíòðîâ àðãîíà â òâåðäîì ðàñòâîðå Ne–Ar [15].
á
â
à
À. Ã. Áåëîâ
58 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1
ëó÷åíèÿ (ÐÂR) [20]), òàê è âîçíèêàþùèõ ïðè
ðåêîìáèíàöèè çîííûõ ýëåêòðîíîâ è äûðîê ê íè-
æàéøèì n = 1 Γ(1/2, 3/2)-ñîñòîÿíèÿì. Ðåëàê-
ñàöèÿ ýíåðãèè ïî ýêñèòîííîìó êàíàëó îñóùåñò-
âëÿåòñÿ ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðåëàêñàöèîííûõ
ïðîöåññîâ âíóòðè çîí è â õîäå ìåæçîííûõ ïåðå-
õîäîâ. Â ïîñëåäíèõ ïðîöåññàõ ïðîèñõîäèò àâòî-
ëîêàëèçàöèÿ âûñîêîýíåðãåòè÷íûõ n > 1 Γ-ýêñèòî-
íîâ â äâóõöåíòðîâûå ñâÿçàííûå ñîñòîÿíèÿ Ne2
∗∗ ñ
ïîñëåäóþùåé èõ äèññîöèàöèåé ïî îòòàëêèâàòåëü-
íûì ïîòåíöèàëàì íåñòàáèëüíûõ [Ne2
∗]-ñîñòîÿíèé,
ïðîèñõîäÿùèõ èç áîëåå íèçêîëåæàùèõ ns-òåðìîâ.
Âñÿ öåïî÷êà ïðîöåññîâ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà
â âèäå
e∗
h−ωPBR
e− + h+
→ Ne∗∗ + Ne → [Ne2
∗∗] →
→ Ne∗ + Ne → hνVUV + Ne + Ne , (1)
ãäå e∗, e− è h+ — ñîçäàâàåìûå âîçáóæäàþùèì
ïó÷êîì çîííûå ýêñèòîíû, ýëåêòðîíû è äûðêè, à
h−ωPBR — êâàíòû ïîëÿðèçàöèîííîãî òîðìîçíîãî
èçëó÷åíèÿ.  ðåçóëüòàòå ýêñèòîííîãî ïðîöåññà
ðåëàêñàöèè â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà îñóùåñòâëÿ-
åòñÿ çàñåëåíèå íèæàéøèõ n = 1 Γ(1/2, 3/2)-ýêñè-
òîíîâ, àâòîëîêàëèçàöèÿ êîòîðûõ ïðèâîäèò ê ôîð-
ìèðîâàíèþ 1P1 ,
3P1 è
3P2 èçëó÷àþùèõ öåíòðîâ [2].
Ðåêîìáèíàöèîííûé êàíàë ðåëàêñàöèè ýëåêò-
ðîííîé ýíåðãèè íàèáîëåå ÿðêî ïðîÿâëÿåòñÿ â
êðèñòàëëè÷åñêîì íåîíå, õîòÿ åãî âêëàä ìîæåò
áûòü îòìå÷åí è â äðóãèõ èíåðòíûõ êðèñòàëëàõ.
Ýòî îáóñëîâëåíî, â ïåðâóþ î÷åðåäü, õàðàêòåðíûì
äëÿ íåîíà ñèëüíûì ýëåêòðîí-ôîíîííûì âçàèìî-
äåéñòâèåì, âñëåäñòâèå êîòîðîãî ðåêîìáèíàöèè
ïðåäøåñòâóåò áûñòðàÿ àâòîëîêàëèçàöèÿ äûðî÷-
íûõ íîñèòåëåé ñ ôîðìèðîâàíèåì Ne2
+-öåíòðîâ (m-
STh) [7,9]. Íà íà÷àëüíîì ýòàïå ëîêàëèçàöèè
äûðîê âîçíèêàþò m-STh â âûñîêèõ êîëåáàòåëü-
íûõ ñîñòîÿíèÿõ. Ðåêîìáèíàöèÿ èõ ñ ýëåêòðîíàìè
ìîæåò ïðèâîäèòü ê çàñåëåíèþ Γ-ýêñèòîíîâ ñ
n > 2. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, äâóõöåíòðîâûå ëîêàëè-
çîâàííûå äûðêè â âîçáóæäåííûõ êîëåáàòåëüíûõ
ñîñòîÿíèÿõ ñïîñîáíû áûñòðî ïåðåíîñèòü ýíåðãèþ
ïî ðåøåòêå, â òîì ÷èñëå ê ïðèìåñíûì àòîìàì
êèñëîðîäà (àíàëîãèÿ ñ ïåðåíîñîì ýíåðãèè öåíòðà-
ìè m-STE â íåîíå [18]). Ïîñëåäíèé ïðîöåññ ñî-
ïðîâîæäàåòñÿ èñïóñêàíèåì ôîíîíîâ â ðåøåòêó è
ñïîñîáñòâóåò óñêîðåííîé ðåëàêñàöèè ýíåðãèè
öåíòðîâ m-STh ê íèæàéøèì êîëåáàòåëüíûì óðîâ-
íÿì. Ðåêîìáèíàöèÿ êîëåáàòåëüíî ðåëàêñèðîâàííûõ
öåíòðîâ m-STh, îñóùåñòâëÿåìàÿ ïî äèññîöèàòèâ-
íîìó ìåõàíèçìó, ïðèâîäèò ê íåïîñðåäñòâåííîìó
èëè ÷åðåç X-ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ çàñåëåíèþ
3p(3p′) ëîêàëèçîâàííûõ öåíòðîâ. Èçëó÷àòåëüíûå
3p(3p′) → 3s(3s′)-ïåðåõîäû (ÂÈÄ ëþìèíåñöåí-
öèÿ) â ñèëó ïðèñóùåé 3p(3p′)-öåíòðàì àêñèàëüíîé
ñèììåòðèè íå ïðèâîäÿò ê ôîðìèðîâàíèþ 1,3P1,2-
öåíòðîâ, à ñîïðîâîæäàþòñÿ çàñåëåíèåì Ne2
∗-ñîñòî-
ÿíèé [6,7,9]:
e− + Ne2
+ → [Ne2
∗∗] → Ne3p(3p′)
∗∗ + Ne →
→ Ne 3s(3s′)
∗ + Ne + hνVIS → hνVIS + Ne2
∗ . (2)
Òàêèì îáðàçîì, îäíîâðåìåííîå èññëåäîâàíèå
èíòåíñèâíîñòè â ñïåêòðàõ ëþìèíåñöåíöèè èç íè-
æàéøèõ àâòîëîêàëèçîâàííûõ öåíòðîâ 1P1 ,
3P1
è 3P2 (ÂÓÔ) è áîëåå âûñîêîëåæàùèõ 3p(3p′)
(ÂÈÄ) à-STÅ ïîçâîëÿåò âûäåëèòü âêëàäû ðàç-
ëè÷íûõ êàíàëîâ ðåëàêñàöèè ýíåðãèè ýëåêòðîííûõ
âîçáóæäåíèé â ôîðìèðîâàíèå èçëó÷àþùèõ ñîñòî-
ÿíèé ïðè âàðüèðîâàíèè ïàðàìåòðîâ ýêñïåðèìåíòà.
 [9] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü ðåêîìáè-
íàöèîííîãî êàíàëà ðåçêî óìåíüøàåòñÿ ñ óìåíüøå-
íèåì òåìïåðàòóðû â äèàïàçîíå 6–2 Ê. Ýòî äàëî
îñíîâàíèå ïðåäïîëîæèòü âîçìîæíîñòü ñóùåñòâî-
Ðèñ. 6. Îáùàÿ ñõåìà ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè ýíåðãèè ýëåêò-
ðîííûõ âîçáóæäåíèé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà.
Ðåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1 59
âàíèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ â êðèîêðèñ-
òàëëàõ íåîíà òèïà íåãëóáîêèõ ïîëÿðîííûõ ñîñòî-
ÿíèé.
Ðàññìîòðèì âëèÿíèå íà ýòîò ýôôåêò äîïèðîâàíèÿ
íåîíà êèñëîðîäîì. Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî ïîñëåäîâà-
òåëüíîå èçìåíåíèå òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé
èíòåãðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èçëó÷åíèÿ ìàòðèöû
íåîíà ñ óìåíüøåíèåì êîíöåíòðàöèè êèñëîðîäà.
Èç ñðàâíåíèÿ ðèñ. 4 ñ ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî õîä
çàâèñèìîñòåé Itot , IVUV è IVIS â îáëàñòè íèçêèõ
òåìïåðàòóð 2,5–5 Ê êàê â ÷èñòîì íåîíå, òàê è â
åãî òâåðäûõ ðàñòâîðàõ ñ êèñëîðîäîì ïîäîáåí ïðè
âñåõ êîíöåíòðàöèÿõ. Íàïðîòèâ, â îáëàñòè áîëåå
âûñîêèõ òåìïåðàòóð â òâåðäûõ ðàñòâîðàõ íåîíà ñ
êèñëîðîäîì íàáëþäàåòñÿ ïàäåíèå ñîáñòâåííîé èí-
òåíñèâíîñòè ìàòðèöû, òåì áîëåå ñèëüíîå, ÷åì
âûøå ñîäåðæàíèå ïðèìåñè. Ýòî ìîæåò áûòü îáó-
ñëîâëåíî 1) òåìïåðàòóðíûì óâåëè÷åíèåì ñêîðîñ-
òè ïåðåäà÷è ýíåðãèè îò ìàòðèöû ê ïðèìåñè èëè 2)
óìåíüøåíèåì ýôôåêòèâíîñòè ôîðìèðîâàíèÿ èç-
ëó÷àþùèõ öåíòðîâ â ðåêîìáèíàöèîííîì ïðîöåñ-
ñå, âûçâàííîì ëîêàëèçàöèåé çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé
â îáðàçöå. Ðîëü ïåðâîãî ïðîöåññà ìîæåò áûòü
âûÿâëåíà ïî òèïó òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè
ïðèìåñíîãî èçëó÷åíèÿ. Êàê âèäíî íà ðèñ. 5, â
îáëàñòè òåìïåðàòóð âûøå 5–6 Ê íåò çíà÷èòåëüíîãî
óâåëè÷åíèÿ ïðèìåñíîãî èçëó÷åíèÿ ïðè ïîâûøå-
íèè òåìïåðàòóðû. Íàîáîðîò, ïðèìåñíîå èçëó÷å-
íèå êèñëîðîäà, ïîäîáíî ñîáñòâåííîìó èçëó÷åíèþ
ìàòðèöû, óìåíüøàåò èíòåíñèâíîñòè ïåðåõîäîâ IR
è IV . Ýòîò ôàêò ïðîòèâîðå÷èò ïåðâîìó ïðåäïî-
ëîæåíèþ è, íàïðîòèâ, ñâèäåòåëüñòâóåò â ïîëüçó
âòîðîãî. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òåìïåðàòóðíîå ïî-
âåäåíèå ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èçëó÷åíèÿ
òâåðäûõ ðàñòâîðîâ íåîí–êèñëîðîä ñóùåñòâåííî
îòëè÷àåòñÿ îò ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ òâåðäûõ ñìåñåé
Ne–Xe è Ne–Ar [15–17], ñíÿòûõ â ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ óñëîâèÿõ, áëèçêèõ ê íàøèì (ïóíêòèðíûå
êðèâûå íà ðèñ. 5,à). Íàáëþäàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëü-
íûé ðîñò èíòåíñèâíîñòè ïðèìåñíîãî èçëó÷åíèÿ
êñåíîíà èëè àðãîíà ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû â äèà-
ïàçîíå 6–10 Ê ïðè ñëàáîì óìåíüøåíèè èíòåíñèâ-
íîñòè ÂÓÔ ëþìèíåñöåíöèè ìàòðèöû. (Âèäèìîå
èçëó÷åíèå 3p(3p′) → 3s(3s′)-ïåðåõîäîâ â ýòèõ ðà-
áîòàõ íå ôèêñèðîâàëîñü.) Ñîïîñòàâëåíèå ðåçóëü-
òàòîâ ðàáîò [15–17] ñ ïðèâåäåííûìè íà ðèñ. 5,à,
ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü, ÷òî ðåçêîå çàòóõàíèå ñîá-
ñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè â òâåðäûõ
ðàñòâîðàõ Ne–O2 â îáëàñòè T > 6 K îáóñëîâëåíî
ñïåöèôè÷åñêîé îñîáåííîñòüþ ïðèìåñè êèñëîðîäà.
Òàêîé îñîáåííîñòüþ êèñëîðîäà ÿâëÿåòñÿ åãî áîëü-
øîå ñðîäñòâî ê ýëåêòðîíó, ðàâíîå 0,54 ýÂ äëÿ
O2 è 1,46 ý äëÿ ðàäèêàëà O. Íàëè÷èå çíà÷èòåëü-
íîãî ñðîäñòâà ê ýëåêòðîíó ó ïðèìåñíûõ àòîìîâ è
ìîëåêóë êèñëîðîäà äåëàåò âîçìîæíûì ëîêàëèçà-
öèþ ýëåêòðîíîâ íà ïðèìåñíûõ öåíòðàõ, ñîïðî-
âîæäàþùóþñÿ ôîðìèðîâàíèåì ìàëîïîäâèæíûõ
îòðèöàòåëüíûõ ïðèìåñíûõ èîíîâ O− ëèáî O2
− :
e− + O2 → O2
− ,
e− + O → O− .
(3)
Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïåðåäà÷à çàðÿäà îò ñîáñòâåí-
íûõ äûðî÷íûõ íîñèòåëåé ìàòðèöû ê íåéòðàëü-
íûì öåíòðàì O2 èëè O ñîïðîâîæäàåòñÿ ôîðìèðî-
âàíèåì ëîêàëüíûõ öåíòðîâ O2
+ èëè O+. Ýòè
öåíòðû ìîãóò òàêæå âîçíèêàòü â ðåçóëüòàòå çàõâàòà
íåéòðàëüíûìè êèñëîðîäíûìè öåíòðàìè ýêñèòîí-
íûõ âîçáóæäåíèé ìàòðèöû, ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ
ýêñèòîíîâ Eexs ≥ 17 ýÂ ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò
ýíåðãèþ èîíèçàöèè ïðèìåñè (≥ 12 ýÂ):
h2
+ + O2 → O2
+ ,
h2
+ + O → O+ ,
e∗ + O2 → (NeO2)∗ → O2
+ + Ne + e− ,
e∗ + O → (NeO)∗ → O+ + Ne + e− .
(4)
Íà íàëè÷èå ïðîöåññîâ (4) óêàçûâàåò áîëåå çàìåò-
íûé ñïàä ÂÓÔ ëþìèíåñöåíöèè ìàòðèöû ïî ñðàâ-
íåíèþ ñ IVIS ïðè óâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèè êèñ-
ëîðîäà (ñì. ðèñ. 4). Òàêèì îáðàçîì, â îáëó÷åííîì
òâåðäîì ðàñòâîðå Ne–O2 ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå
ïðîñòðàíñòâåííî ðàçäåëåííûõ, íåïîäâèæíûõ çà-
ðÿäîâûõ öåíòðîâ, è ðåêîìáèíàöèîííûé êàíàë
ôîðìèðîâàíèÿ ñîáñòâåííûõ èçëó÷àþùèõ ñîñòîÿíèé
îêàçûâàåòñÿ ìàëîýôôåêòèâíûì. Îá ýòîì æå ñâè-
äåòåëüñòâóåò íàáëþäåíèå äëèòåëüíîãî ïîñëåñâå÷å-
íèÿ è òåðìîëþìèíåñöåíöèè, îïèñàííûõ âûøå.
 ðàìêàõ ïðèâåäåííîé âûøå ìîäåëè è ïðåäïî-
ëîæåíèè îá àâòîëîêàëèçàöèè ýëåêòðîíîâ â ìàòðèöå
íåîíà ëåãêî îáúÿñíèòü ïîäîáíûé êîëîêîëîîáðàç-
íûé õîä òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé èíòåãðàëüíûõ
õàðàêòåðèñòèê ñîáñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìè-
íåñöåíöèè íà ðèñ. 4 è 5. Ïðè íèçêèõ òåìïåðàòó-
ðàõ ýôôåêòèâíîñòü ðåêîìáèíàöèîííîãî êàíàëà â
òâåðäîì ðàñòâîðå êîíòðîëèðóåòñÿ ïîäâèæíîñòüþ
ñëàáîñâÿçàííûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé ìàòðèöû
íåîíà. Ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû âåðîÿòíîñòü àâòîëî-
êàëèçàöèè ýëåêòðîíîâ óìåíüøàåòñÿ, èõ ïîäâèæ-
íîñòü ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ è ñîîòâåòñò-
âåííî ðåçêî âîçðàñòàåò ñêîðîñòü ôîðìèðîâàíèÿ
èçëó÷àþùèõ öåíòðîâ â ðåêîìáèíàöèîííîì ïðî-
öåññå. Ýòî ïðèâîäèò ê óñèëåíèþ êàê ñîáñòâåííîé,
òàê è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè. Îäíàêî óìåíü-
øåíèå âåðîÿòíîñòè ñàìîçàõâàòà ýëåêòðîíà â ðå-
øåòêå ìàòðèöû ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ âåðîÿò-
íîñòè èõ ëîêàëèçàöèè íà ïðèìåñíûõ öåíòðàõ
êèñëîðîäà ñ îáðàçîâàíèåì ãëóáîêèõ îòðèöàòåëüíî
À. Ã. Áåëîâ
60 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1
çàðÿæåííûõ ñîñòîÿíèé è íàêîïëåíèþ ðàçäåëåííûõ
â ïðîñòðàíñòâå êðèñòàëëà çàðÿäîâ îáîèõ çíàêîâ.
Ïîñëåäíåìó ïðîöåññó òàêæå ñïîñîáñòâóåò óâåëè-
÷åíèå ïîäâèæíîñòè ýêñèòîííûõ âîçáóæäåíèé ìàò-
ðèöû ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû [18]. Ñîâîêóïíîñòü
ýòèõ ïðîöåññîâ ïðèâîäèò ê íîâîìó ïàäåíèþ èí-
òåíñèâíîñòè ëþìèíåñöåíöèè, îáóñëîâëåííîìó
óìåíüøåíèåì ýôôåêòèâíîñòè ðåêîìáèíàöèîííîãî
êàíàëà, êîíòðîëèðóåìîãî â ýòîì äèàïàçîíå òåìïå-
ðàòóð ëîêàëèçàöèåé çàðÿäîâ íà ïðèìåñíîé êèñëî-
ðîäíîé ïîäñèñòåìå.
Ñ óâåëè÷åíèåì êîíöåíòðàöèè òâåðäîé ñìåñè
âëèÿíèå ïîñëåäíåãî ïðîöåññà óâåëè÷èâàåòñÿ, ÷òî
âûçûâàåò óâåëè÷åíèå êðóòèçíû ñïàäà èíòåãðàëü-
íûõ õàðàêòåðèñòèê èçëó÷åíèÿ â äèàïàçîíå îòíî-
ñèòåëüíî âûñîêèõ òåìïåðàòóð è ñìåùåíèå òî÷êè
ïåðåãèáà êðèâûõ íà ðèñ. 4 è 5 â îáëàñòü áîëåå
íèçêèõ òåìïåðàòóð. Àíàëîãè÷íûå ÿâëåíèÿ íàáëþ-
äàëèñü â ðÿäå øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è
ùåëî÷íî-ãàëîèäíûõ êðèñòàëëîâ è ïîëó÷èëè îáùåå
íàçâàíèå ýôôåêòà ïåðåçàðÿäêè â ñèñòåìàõ ìåëêèõ
è ãëóáîêèõ ýëåêòðîííûõ ëîâóøåê [19].
 äèàïàçîíå î÷åíü áîëüøèõ êîíöåíòðàöèé êèñ-
ëîðîäà c ≥ 1% àâòîëîêàëèçàöèÿ ýëåêòðîíîâ ñèëü-
íî âëèÿåò òîëüêî íà ñîáñòâåííóþ ëþìèíåñöåíöèþ
ìàòðèöû (ðèñ. 5,â). Ïðèìåñíûé ñïåêòð â îáëàñòè
òåìïåðàòóð 2,5–5 Ê äåìîíñòðèðóåò ëèøü íåáîëü-
øîé ñïàä IR+V , îáóñëîâëåííûé óìåíüøåíèåì ýô-
ôåêòèâíîñòè ðåêîìáèíàöèîííîãî êàíàëà, à çàòåì
ïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿåòñÿ. Ïðè ýòîì ñëåäóåò îòìå-
òèòü, ÷òî â îáëàñòè îòíîñèòåëüíî âûñîêèõ òåìïå-
ðàòóð 4,5–8 Ê èíòåíñèâíîñòè IR è IV èìåþò
ïðÿìî ïðîòèâîïîëîæíûé òåìïåðàòóðíûé õîä, ÷òî
îòðàæàåò, ïî-âèäèìîìó, âîçìîæíîñòü ïåðåñêîêî-
âîãî äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ ïî ñèñòåìå áëèçêî ðàñ-
ïîëîæåííûõ ìîëåêóëÿðíûõ öåíòðîâ ê êâàçèàòîì-
íûì öåíòðàì O, îáëàäàþùèì áîëüøèì ñðîäñòâîì
ê ýëåêòðîíó. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, ýòî ÿâëåíèå
ñîïðîâîæäàåòñÿ ðåçêèì èçìåíåíèåì ñïåêòðàëüíî-
ãî ñîñòàâà èçëó÷åíèÿ, â ÷àñòíîñòè, ïîÿâëåíèåì
âûñîêîýíåðãåòè÷íûõ 3s′ 1D è 3s′ 3D ðèäáåðãîâ-
ñêèõ ñîñòîÿíèé O∗ è óñèëåíèåì âêëàäà «d»-êîì-
ïîíåíò â îáúåäèíåííûé êîíòóð êàæäîé èç ïîëîñ
(ñì. ðèñ. 2 è ðàçä. 2.2). Âëèÿíèå ðåêîìáèíàöèîí-
íûõ ïðîöåññîâ íà ôîðìèðîâàíèå ðàçëè÷íûõ âîç-
áóæäåííûõ ñîñòîÿíèé è èõ ñòðóêòóðó áóäåò ðàñ-
ñìîòðåíî â ïîñëåäóþùèõ ïóáëèêàöèÿõ.
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ýôôåêò âîçðàñòàíèÿ
ñîáñòâåííîé ëþìèíåñöåíöèè ìàòðèöû â äèàïàçîíå
2,5–5 Ê â øèðîêîé îáëàñòè êîíöåíòðàöèé ïðèìå-
ñè, âïëîòü äî c ≥ 1%, ÿâëÿåòñÿ ñóùåñòâåííûì
äîïîëíèòåëüíûì àðãóìåíòîì â ïîëüçó âûñêàçàí-
íîãî â [9] ïðåäïîëîæåíèÿ î âîçìîæíîñòè àâòîëî-
êàëèçàöèè ýëåêòðîíîâ â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà.
4. Çàêëþ÷åíèå
Íà îñíîâå àíàëèçà òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé
ñîáñòâåííîé è ïðèìåñíîé ëþìèíåñöåíöèè òâåðäûõ
ðàñòâîðîâ íåîíà ñ êèñëîðîäîì ïðè ðàçëè÷íûõ
êîíöåíòðàöèÿõ âûÿâëåí âêëàä ðåêîìáèíàöèîííî-
ãî êàíàëà â çàñåëåíèå èçëó÷àþùèõ ñîñòîÿíèé.
Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ 2,5–5 Ê
åãî ýôôåêòèâíîñòü çàâèñèò îò âåðîÿòíîñòè ëîêà-
ëèçàöèè ýëåêòðîíîâ â ðåøåòêå ìàòðèöû, à â îá-
ëàñòè 6–8 Ê îïðåäåëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòüþ çàõâàòà
íà ïðèìåñíûõ öåíòðàõ êèñëîðîäà, îáëàäàþùèõ
áîëüøèì ñðîäñòâîì ê ýëåêòðîíó. Â ðåçóëüòàòå
ýòèõ ïðîöåññîâ èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â òâåð-
äûõ ðàñòâîðàõ íåîíà ñ êèñëîðîäîì èìååò êîëîêî-
ëîîáðàçíóþ çàâèñèìîñòü îò òåìïåðàòóðû ñ ìàêñè-
ìóìîì âáëèçè 5–6 Ê. Ïîëó÷åíû äîïîëíèòåëüíûå
ê [9] ñâèäåòåëüñòâà âîçìîæíîñòè àâòîëîêàëèçà-
öèè ýëåêòðîíîâ â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà.
1. I. Ya. Fugol’, Adv. Phys. 27, 1 (1978).
2. È. ß. Ôóãîëü, Å. Â. Ñàâ÷åíêî, â êí.: Êðèîêðèñòàëëû,
Á. È. Âåðêèí è À. Ô. Ïðèõîòüêî (ðåä.), Íàóêîâà Äóìêà,
Êèåâ (1983).
3. N. Schwentner, E. E. Koch, and J. Jortner, Electronic
Excitation in Condensed Rare Gases, Sðringer Tracts in
Modern Phisics, V.107, Sðringer-Verlag, Berlin (1985),
ð.239.
4. G. Zimmerer, Excited-State Sðectroscoðy in Solid, U. M.
Grassano and N. Tarzi (eds.), North Holland, Amsterdam
(1987), ð. 37.
5. I. Ya. Fugol’, A. G. Belov, and V. N. Svishchev, Solid
State Communs. 66, 503 (1988).
6. I. Ya. Fugol’, Adv. Phys. 37, 1 (1988).
7. À. Ã. Áåëîâ, Â. Í. Ñâèùåâ, È. ß. Ôóãîëü, ÔÍÒ 15, 34
(1989).
8. W. E. Sðear and Ð. G. LeComber, in: Rare Gas Solid,
H. L. Klein and J. A. Venables (eds.), Acad. ðress, Lon-
don, New-York, San-Francisko (1978), v. II, ð. 1120.
9. À. Ã. Áåëîâ, Ã. Ì. Ãîðáóëèí, È. ß. Ôóãîëü, Å. Ì.
Þðòàåâà, ÔÍÒ 23, 439 (1997).
10. Å. Ì. Þðòàåâà, È. ß. Ôóãîëü, À. Ã. Áåëîâ, ÔÍÒ 13, 165
(1987).
11. À. Ã. Áåëîâ, È. ß. Ôóãîëü, Å. Ì. Þðòàåâà, ÔÍÒ 18, 177
(1992).
12. Å. Â. Ñàâ÷åíêî, Þ. È. Ðûáàëêî, È. ß. Ôóãîëü, Ïèñüìà
â ÆÝÒÔ 42, 210 (1985).
13. F. J. Coletti, J. M. Debever, and G. Zimmerer, J. Chem.
Phys. 83, 49 (1985).
14. À. Ã. Áåëîâ, È. ß. Ôóãîëü, Å. Ì. Þðòàåâà, ÔÍÒ 19, 591
(1993).
15. Þ. È. Ðûáàëêî, Äèññ.... êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê, Õàðüêîâ
(1987).
16. Þ. È. Ðûáàëêî, Å. Â. Ñàâ÷åíêî, È. ß. Ôóãîëü, ÔÍÒ 11,
637 (1985).
17. I. Ya. Fugol’, Yu. I. Rybalko, and E. V. Savchenko, Solid
State Communs 60, 495 (1986).
18. A. M. Ratner, I. Ya. Fugol, A. G. Below, and Yu. I.
Steshenko, Phys. Lett. A137, 403 (1989).
Ðåêîìáèíàöèÿ çàðÿäîâûõ íîñèòåëåé â êðèîêðèñòàëëàõ íåîíà ñ ïðèìåñüþ êèñëîðîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1 61
19. Ý. Ä. Àëóêåð, Â. Â. Ãàâðèëîâ, Ð. Ã. Äåé÷, Ñ. À. ×åðíîâ,
Áûñòðîïðîòåêàþùèå ðàäèàöèîííî-ñòèìóëèðîâàííûå
ïðîöåññû â ùåëî÷íî-ãàëîèäíûõ êðèñòàëëàõ, Çèíàòíå,
Ðèãà (1987).
20. À. Ã. Áåëîâ, È. ß. Ôóãîëü, Å. Ì. Þðòàåâà, ÔÍÒ 21, 238
(1995).
Recombination of charge carriers in neon
cryocrystals containing oxygen impurity
A. G. Belov
Experimental study into electron and hole re-
combination is performed on neon crystals that have
oxygen-induced deep traps along with weakly local-
ized electron states. The measurements are carried
out by VUV, UV and visible cathodoluminescence
spectroscopy techniques at temperatures ranging
from 2 to 8 K. The temperature dependences of the
integral intensities of the host and the impurity lu-
minescences in solid neon-oxygen solutions are found
to be similar and non-monotoneous. The effect ob-
served is considered in terms of the model of two
coexisting channels of electronic excitation energy
relaxation: through the Γ (1/2, 3/2) exciton sub-
system and through the channel provided be the
recombination of self-trapped twp-center holes and
electrons. It is shown that the temperature vari-
ations of the integral luminescence characteristics
are mainly accounted for by the peculiar features of
the recombination channel whose efficiency is deter-
mined by the probability of electron trapping in the
matrix lattice at 2.5–5 K and by the probability of
trapping by the impurity centers at 6–8 K. Supple-
mentary evidence for the electron self-trapping in
the neon lattice followed by the formation of shal-
low localized states is obtained.
À. Ã. Áåëîâ
62 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 1999, ò. 25, ¹ 1
|