Ассоциация междоузельного галогена в поле натрия (Na) в KCl

 
211
Для  кристалла  KCl-Na  нами  измерены  с  шагом  на  0,5  эВ  спектры  создания  радиационных 
дефектов после облучения при 80 К постоянной дозой фотонов в области спектра при 7,5; 7,55; 7,6; 
7,65; 7,7 и 7,75 эВ. Особый интерес представлял спектр создания V
F
 – центра, представляющий собой 
дырку  локализованную  в  катионной  вакансии  -
)
(


S
c
e

.  Информацию  о  спектрах  создания 
радиационных дефектов при возбуждений фотонами различной энергии получили, путем регистрации 
термостимулированной  люминесценции  кристалла  KCl-Na  при  изодозовым  режиме  облучения.  На 
рисунке  2  (кривая  4)  приведен  спектр  создания 
V
F
-центров 
)
(


S
c
e

,  построенный  по  интенсивности 
пика термостимулированной люминесценции при 230 К в кристалле KCl-Na. Из кривой 4 следует, что 
спектр создания 
V
F
-центра проходит через максимум при 7,56 эВ, что очень близко по спектральному 
составу  максимуму  спектра  возбуждения  (7,6  эВ)  околонатриевого  экситона  (
0
Na
e ).  Этот 
экспериментальный  факт  является  прямым  доказательством  того,  что  при  распаде  экситона, 
локализованного  в  поле  легкого  катиона  (Na)  реализуется  создание  катионных  френкелевских 
дефектов  - 



i
c
s
Na
Na
e
....
)
(
0

,  а  затем  на  их  базе  происходит  ассоциация  двух  подвижных  атомов 
галогена с образованием 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
- центра по следующей реакции: 
   
 










i
i
aca
a
a
i
c
Cl
Na
Cl
Cl
Cl
Na
0
3
0
2
0
2
...

. 
 
Дискуссия 
Для  кристаллов  KCl-Li,  KCl-Sr  и  KCl-Na  методом  абсорбционной  спектроскопии  установлен 
спектральный  состав,  созданный  рентгеновской  радиацией,  галогенных 
 
0
3
aca
X

-  и
 
 



i
i
aca
X
M
X
0
3
- 
центров.  
В чистых кристаллах KCl экспериментально установлено, что после рентгеновского облучения 
в них образуются как изолированные 
 
0
3
aca
Cl

-центры, так и ассоциированные 
 



i
i
aca
Cl
K
Cl
3
- центры, 
соответственно.  В  этом  случае  в  качестве  междоузельного  металла  выступает  катион  основной 
решетки - 

i
K
.  
В кристаллах KCl-Li и KCl-Na радиацией преимущественно создается вместо основного катиона 
междоузельный примесный катион-гомолог -

i
Li
 и 

i
Na
, ассоциированный междоузельным галогеном 
с образованием - 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
 и 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
- центров, соответственно. В кристалле KCl-Sr (из-за 
компенсации заряда) до рентгеновского облучения в решетке образуется комплекс 



с
Sr

, и поэтому, 
взаимодействия  двух  междоузельных  атомов  галогена  происходит  практически  в  месте  катионной 
вакансии  слегка  возмущенной  зарядом  стронция,  занимающий  катионный  узел  решетки  с 
образованием 









i
aca
c
Cl
Cl
Sr
0
3
2
)
(
- центров.  
Следует  обратить  внимание  на  тот  факт,  что  зарегистрирована  полоса  поглощения  в  области 
спектра  поглощения,  характерная  для  междоузельного  иона  галогена  - 



i
Cl
  входящего  в  состав 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
, 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
  и 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
-центра  в  кристаллах  KCl-Li,  KCl-Sr  и  KCl-Na, 
соответственно. 
 

 
212
и
н
те
н
си
в
н
о
ст
ь 
(о
тн
.е
д
.)
 æ
d
 (
о
тд
.е
д
.)
 
э н е р г и я (эВ)
7,5
7,6
7,7
7,8
7,9
1
2
3
4
 
Рис. 2. Оптические характеристики кристаллов KCl и KCl-Na 
1 - спектр поглощения тонкой пленки KCl при 10 К , 
2 - спектр возбуждения экситонной люминесценции (
0
e
) при 2,3 эВ для кристалла KCl при 
4,2 К, 
3 - спектр возбуждения околонатриевой экситонной (
0
Na
e ) люминесценции при 2,8 эВ для 
KCl-Na при 80 К, 
4 - спектр создания 
V
F
-центров 
)
(


S
c
e

, построенный по интенсивности пика ТСЛ при 230 
К (3) в KCl-Na 
Однако  их  механизмы  образования  различаются:  в  кристаллах  KCl-Na 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
  -центры 
образуются по экситонному механизму, путем взаимодействия двух междоузельных атомов галогена в 
поле  созданных  катионных  дефектов  при  распаде  автолокализованного  анионного  экситона  на 
катионные  френкелевские  дефекты  –  (


i
c
M
...

);  в  кристаллах  KCl-Li  и  KCl-Sr 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
  и 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
-центры  образуются  по  ассоциативному  механизму,  путем  взаимодействия  двух 
междоузельных атомов галогена в поле 


c
ic
Li

 
и
 




c
c
Sr
)
(

 комплексов, соответственно. На рисунке 
3 представлена схема взаимодействия двух 
H - центров в поле 


c
ic
Li

 
и
 




c
c
Sr
)
(

 комплексов с 
образованием 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
 и 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
-центров. 
Основное  различие  этих  кристаллов  состоит  в  различии  радиусов  примесного  катионного  иона 
(Na, Li), который должен быть вытолкнут в междоузлие при создании 





i
Аi
aca
X
M
Cl
3
-
 
центров в ходе 
Н-Н
А
 ассоциаций.  
Таким  образом,  критерием  реализации  механизма  образования  катионных  френкелевских 
дефектов  при  ассоциации 
Н-Н
А
  взаимодействия  является  тот  факт,  что  в  кристаллах  KCl  радиус 
примесного  (
Li
r
)  или  собственного  (
K
r
)  катиона  должен  быть  меньше  радиусов  тетраэдрической 
пустоты  (
Li
r


r
  и 
K
r


r
)  и  «окна»  (
Li
r

x
r
,
K
r

x
r
)  в  тетраэдрическую  пустоту  по  направлению 
<111>. 

 
213
Для  этого  из  стехиометрических  параметров  решетки  необходимо  было  рассчитать  радиус 
тетраэдрической 
пустоты 
(
a
r
a
r


4
3

), 
который 
находится 
в 
центре 
пересечения 
пространственных  диагоналей кубической  ячейки и  радиус  «окна»  (
a
x
r
a
r


6
),  образованного  из 
трех  ближайших  ионов  галоида  в  тетраэдрическую  пустоту  по  направлении  <111>.  Где, 
a
-
постоянная решетки, 
a
r
- ионный радиус аниона. 
Согласно  полученным  расчетным  данным  исследуемые  кристаллы  можно  условно  разделить  на 
три группы: 
1) 
c
r


r
 и 
c
r

x
r
. В этот класс входит кристалл KCl для которого радиус собственного катиона 
(
c
r
)  превышает  как  радиуса  тетраэдрической  пустоты  (

r
),  так  и  радиуса  "окна"  (
x
r
),  т.  е. 
84
,
0

c
r
r

, 
57
,
0

c
x
r
r
. 
 
 
Рис. 3. Схема взаимодействия двух 
H - центров в поле 


c
ic
Li

 
и
 




c
c
Sr
)
(

 комплексов с 
образованием 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
 и 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
-центров в кристаллах KCl-Li и KCl-Sr, соответственно 
Поэтому в кристалле KCl процесс создания катионных френкелевских дефектов при ассоциации 
Н-Н
А
 взаимодействия должен быть затруднен. 
2) 
c
r


r
 и 
c
r

x
r
. В этот класс входит кристалл KCl-Na, где катион вполне может находиться в 
междоузельной  пустоте  решетки  (
15
,
1

c
r
r

),  однако  для  этого  процесса  существует  определенный 
барьер,  так  как  радиус  катиона  превышает  радиус  "окна",  который  он  должен  преодолеть 
(
78
,
0

c
x
r
r
). 
3) 
c
r


r
  и 
c
r

x
r
.  К  этому  классу  принадлежит  кристалл  KCl-Li  у  которых  радиус  "окна"  в 
тетраэдрическую  пустоту  имеет  больший  размер,  чем  радиус  лития  (
66
,
1

Li
r
r

)  и  радиус 
тетраэдрической пустоты имеет больший размер, чем радиус лития (
12
,
1

Li
x
r
r
).  
На  основании  вышеизложенных  данных  можно  предположить,  что  для  чистого  кристалла  KCl 
образование  катионных  френкелевских  дефектов  требует  больших  затрат  энергий  для 
"проталкивания" катиона через "окно", состоящие из ближайших анионов в тетраэдрическую пустоту. 

 
214
В кристалле KCl-Li ион лития беспрепятственно может попасть в междоузлие, так как его радиус 
меньше  как  радиуса  "окна", так и  радиуса  тетраэдрической пустоты (
Li
r


r
  и 
Li
r

x
r
).  Поэтому  при 
взаимодействии двух 
H – центров около иона лития легко образуется 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
- центры. 
 
Заключение 
На основании экспериментальных и расчетных данных можно предположить, что 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
 
и 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
-  центры  в  кристаллах  KCl-Li  и  KCl-Sr  образуются  при  ассоциации  междоузельных 
атомов  (
Н-центров)  в  поле  диполи 


c
ic
Li

  и 



с
Sr

,  соответственно,  а 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
-  центры  в 
кристалле  KCl-Na  образуются  при  ассоциации  междоузельных  атомов  (
Н-центров)  в  поле


i
c
Na
...

 
предварительно созданные в решетке при распаде автолокализованных анионных экситонов [11]. 
 
Список литературы 
1. 
Лущик  Ч.Б.,  Лущик  А.Ч.  Распад  электронных  возбуждений  с  образованием  дефектов  в  твердых 
телах. - Москва, "Наука", 1989.
 
 
2. 
Lushchik  Ch.,  Elango  A.,  Gindina  R.,  Pung  L.,  Lushchik  A.,  Maaroos  A.,  Nurakhmetov  T.,  Ploom  L. 
Mechanisms of cftion defects creation in alkali halides. // In Semicond. and Insulators. 1980, v.5, p. 133-
158. 
3. 
Лущик Ч. Б., Гиндина Р. И., Маароос А. А., Плоом Л. А., Лущик А. Ч., Пунг Л. А., Пыллусаар Ю. В., 
Совик Х. А. Радиационное создание катионных дефектов в кристаллах KCl. // ФТТ, 1977, т. 19, в. 
12, с. 3625-3630. 
4. 
Marat-Mendes  J.  N.  Comins  J.  D.  Capture  of  H-centers  by  IV  dipoles  during  both  X-irradiation  and  H-
centre annealing in KCl-Sr. // J. Phys. C: Sol. Stat. Phys., 1977, v. 10, p. 4425-4439. 
5. 
Comins  J.  D.,  Carragher  B.  O.,  Nodel  of  first-stage  F-center  production  in  alkali  halides  containing 
divalent cation impurities. –Phys. Rev., B, 1981, v. 24, N 1, p. 283-294. 
6. 
Hoshi J., Saidoh M., Itoh N. Stabilization of the Interstitial Center by Divalent impurities in alkali halides. 
// Cryst. Latt. Def., 1975, v. 6, p. 15-34. 
7. 
Schoemaker  D.,  Yasaities E.  Reorientation Motions  of H
A
(Li
+
)  –  Center  in  KCl-Li
+
.  //  Phys. 
Rev., B., 1972, v. 5, p. 4970-4986.  
8. 
Schoemaker  D.,  Kolopus  J.L.,  Electron  Paramagnetic  Resonance  and  Optical  Absorbtion  Studies  of  the 
V
1
(Li) Center in KCl-Li // Phys. Rev., B. - 1970. - 2, 4. p. 1148-1159. 
9. 
Delbecq C.J., Hutchinson E., Schoemaker D., Yasaitis E.L. and Yuster P.H. ESR and Optical Absorption 
Stady of the V
1 
Center in KCl-NaCl // Phys. Rev. - 1969. - 187, 3. p. 1103-1120. 
10. 
Лущик  Ч.Б.,  Гиндина  Р.И.,  Лущик  Н.Е.,  Таийров  М.М.,  Шункеев  К.Ш.  Распад  экситонов  с 
рождением  анионных  и  катионных  френкелевских  дефектов  в  KCl-Na  //  Труды  ИФ  АН  ЭССР.  - 
1982. - 53. C. 146-171. 
11. 
К. Шункеев, А. Бармина, Л. Мясникова, К. Бижанова, С Шункеев. Релаксация автолокализованных 
экситонов 
в 
щелочно-галоидных 
кристаллах 
при 
понижении 
симметрии 
решетки 
низкотемпературной одноосной деформацией // Изв. вузов. Физика. - 2009.- № 8/2. - С.212-215. 
 
Түйіндеме 
Абсорбциялық спектроскопия әдісімен KCl кристалдарында түйінаралық галоген атомдарының 
(H-центрлер)  қоспалы  жеңіл  катион  (Li,  Na)  және 



с
Sr

-  диполь  құрамына  кіретін  катиондық 
вакансия  өрісінде  әсерлесуінен  туатын 

3
X
-  радиациялық  ақауларының  табиғаты  зерттелді. 
Эксперименттер  мен  есептеулер  нәтижелері  KCl-Li  и  KCl-Sr  кристалдарында 
 



i
i
aca
Cl
Li
Cl
3
  және 





i
c
aca
Cl
Sr
Cl
0
3
-  радиациялық  ақаулары  сәйкес


c
ic
Li

, 



с
Sr

  диполдар  өрісінде  түйінаралық  галоген 
атомдарының  (H-центрлер)  әсерлесу  кезінде,  ал  KCl-Na  кристалындағы 
 



i
i
aca
Cl
Na
Cl
3
-  радиациялық 
ақаулары  түйінаралық  галоген  атомдарының  (H-центрлер)  кристалда  өздігінен  қармалған  аниондық 
экситондардың  ыдырауы  кезінде  пайда  болған 


i
c
Na
...

өрісінде  әсерленуінен  пайда  болатындығы 
тағайындалды.  

жүктеу/скачать 14,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: