Микроскопическая природа центров активации в объемных и наноразмерных кристаллах оксидов со сложными схемами активации (БОРИДЫ)

Были проанализированы литературные данные в совокупности с экспериментальными результатами, которые были получены ранее коллективом авторов проекта. Сделаны соответствующие обобщения и выводы. Сформулированы прогнозные предложения о направлениях развитии поисковых исследований для создания высокоэффективных кристаллофосфоров и сцинтиляторов на основе активированных редкоземельными ионами кристаллов и нанокристаллов оксиортосиликатов. Созданы методики и получены первые активированные нанокристаллы оксиортосиликатов с концентрационными рядами примесных ионов. Отработаны экспериментальными методы спектроскопии одиночных нанокристаллов активированных редкоземельными ионами.

Было проведено исследование механизмов образования и аннигиляции радиационных дефектов в объемных и нанодисперсных кристаллах оксиортосиликатов с разными схемами активации. Изучено влияние стехиометрического состава и не изовалентных примесей на эффективность использования кристаллов в качестве быстрых сцинтилляторов.
В нанокристаллах Y2SiO5:Pr3+ исследована упорядоченная фаза на кривых затухания 1D2–люминесценции ионов Pr3+ при их аномально низкой концентрации (0,5 ат.%). Установлена причина концентрационного тушения Pr3+-люминесценции.
Исследовано явление запасания энергии при ?-облучении кристалла LSO:Ce, которая может высвобождаться в виде послесвечения, а при нагреве кристалла, в виде термолюминесценции.

В связи с целями и задачами поставленными в данной работе представляется немаловажным выяснить закономерности расщепления термов примесного иона Pr+3 под действием кристаллического поля в кристаллах принадлежащих разным структурным типам, а также особенности трансформации оптических спектров при увеличении концентрации ионов активатора.
Были изучены закономерности формирования оптических спектров редкоземельных ионов в кристаллах. Был обнаружен и объяснен ряд явлений в оптике диэлектрических нанокристаллических объектов активированных ионами редкоземельных металлов, которые непосредственно связаны с малостью размеров частиц. Эти явления могут быть разделены на два типа: (1) связанное с модификацией колебательного спектра малых частиц и (2) связанное с взаимодействием примесных ионов с окружающей нанокристалл средой. На основании имеющихся данных можно сделать вывод, что активированные нанокристаллические диэлектрики представляют собой особый класс оптических объектов, обладающих новыми свойствами. Перспективной является идея использования нанокристаллов с примесными редкоземельными ионами в качестве спектроскопических зондов для исследования динамики и структуры самих нанокристаллов, а также для исследования релаксационных процессов в разупорядоченных материалах.
Проведено комплексное исследование энергетического спектра и каналов релаксации энергии возбуждения центров активации в кристаллах Y2SiO5:Pr3+, Lu2SiO5:Pr3+ и Gd2SiO5:Pr3+. Из анализа низкотемпературных оптических спектров следует, что энергетические параметры и характер полевого расщепления термов 1D2 и 3H4 ионов активатора существенно отличается для кристаллов, принадлежащих к разным кристаллографическим типам. В кристаллах Y2SiO5 и Lu2SiO5 наблюдается эффект псевдосимметрии при расщеплении термов 1D2 и 3H4 ионов Pr3+, локализованных в неэквивалентных катионных узлах кристаллической решётки. Ионы активатора неравномерно заселяют неэквивалентные катионные узлы кристаллической решетки Y2SiO5.