Способ определения времени спин-решеточной релаксации в твердом теле

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ, включающий воздействие на образец ионизирующего излучения , импульсного СВЧ излучения и регист рацию сигнала электронного парамагнит ного резонанса (ЭПР) по люминесценции обрб1зца, о т л и ч а ю щи и с я -тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений и селективного выаеления рекомбинирующих центров, регист рацию сигнала ЭПР производят за время туннельного рекомбияационнрго послесвечения образца после прекращения воздействия ионизирующего излучения. .OV« tC 4 ОО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК в я G 01 14 .24/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !3:." .":-:-"

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ... -":: ".. ::т.;;;». (21) 3328450/18 25 (22) 04.08.81 (46) 23.06.83. Бюл. % 23 (72) П, Г. Баранов, Ю. П. Bemyaos и Н. Г. Романов (71) Ордена Ленина физико-технический ,институт им. А. Ф. Иоффе (53) 538.69(088.8) (56) 1. Ruedin Y et а1. EPR optical

detection of F-centre pairs 1и alkali .hal ides:.i> Spin — lattice relaxation

of the F - centre in its relaxed excited state. Physica Status Solidi (4), 1973> < 55» р. 215.

2. Hori У et ai Optical detection ,of Spinòlattice relaxation processes in the triplet state of the self !

trapped exciton in alx

Solid State Communicat р. 181.,SU„„1024813 А (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕ

МЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИ

В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ, включающий воздей ствие на образец ионизирующего излучения, импульсного СВЧ излучения и регистр рацию сигнала электронного парамагнит ного резонанса (ЭПР) по люминесценции образца, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений и селективного выделения рекомбинирующих центров, регист рацию сигнала ЭПР производят эа время туннельного рекомбинационного послесвечения образца после прекращения воздей ствия ионизирующего излучения.

1024813 2

Поставленная цель достигается тем, что-согласно способу определения времени спин-решеточной релаксации в тверцом теле, включаюшему воздействие на обра

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано. в физике тверцого тела и физике полупроводников.

Известен способ .определения времени 5 спин-решеточной релаксации в твердом теле, основанный на измерении оптическим способом произведения спин-решеточной (Г ) на спин-спиновую (Т ) релаксацией по насышению люминесценций при воздействии на образец радиочастотной мощностью (Ц .

Недостатком способа является высокая точность, связанная с тем, что способ является косвенным, так как времяТ определяется по измеренным значениям амплитуды Н магнитной составляющей радиочастотной мошности и скорости .оптического возбуждения. .Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения времени спин-решеточной релаксации в тверцом .теле, включаюший воздействие на образец ионизирующего излучения, импульсного СВЧ излучения и регистрацию.сигнала электронного пара магнитного резонанса (ЭПР) по люминесценции образца. Время Т рассчитывается иэ зависимости от времени интенсивности люминесценции при резонансных условиях после включения и выключения СВЧ мошности, при этом облучение образца ионизируюшим излучением осуществляют непрерывно (2) .

Недостатками способа являются невы- 35 сокая чувствительность и точность измерений, обусловленные. непрерывным воздействием иониэируюшего излучения, возбуждающего люминесценцию. Кроме того, данный способ является косвенным, так 40 как время Т определяют иэ кинетических уравнений, в которые вводится скорость возбуждения, определяемая во времени приближенно иэ начальных условий эксперимента. При этом s процессе из- 45 лучения участвуют все центры, возбуждаемые ионизируюшим излучением. Эти центры могут. отличаться взаимным расстоянием, структурой, временем жизни.

Целью изобретения является повышение 50 чувствительности и точности измерений времени спин-решеточной релаксации и селективного выделения рекомбинируюших центров. зец ионизируюшего излучения, импульснсьго СВЧ излучения и регистрацию сигна ла ЭПР по люминесценции образца, реги» страцию сигнала ЭПР производят за время туннельного рекомбинационного послесве чения образца после прекрашения воздействия ионизирующего излучения.

В предлагаемом способе время Т1 по-лучается - непосредственчо из временной зависимости интенсивности люминесценции после выключения СВЧ накачки, т.е. опрецеляется прямо и однозначно, Чувствительность повышается благодаря тому, что регистрация сигнала ЭПР производится по туннельному рекомбина» ционному послесвечению, т.е. по люмине сценции в отсутствие воэбуждаюшего из-, лучения. При этом отсутствуют шумы иоточника возбуждения, а также дополнительные полосы люминесценции, появляю шиеся во время возбуждения и перекрывающиеся с полосами люминесценции исследуемых центров.

На фиг. 1 изображена схема измере ний; на фиг. 2 - зависимость интенсивности туннельного рекомбинационного послесвечения от времени, прошедшего после выключения СВЧ накачки, цля Мк.

t на фиг. 3 - то же, для А ; на фиг. 4—

2Ф то же, для Ag- центров в кристалле.kCe при 1,8Ê.

Схема соцержит СВЧ резонатор 1, в котором находится, исследуемый образец 2, сверхпроводяший магнит 3, гелиевый криоатат 4 и фотоприемник 5.

Процесс измерения времени спинрешеточной релаксацииТ состоит в следуюшем.

Регистрируется туннельное рекомбина ционное послесвечение предварительно облученного иониэируюшим излучением об разца при помощи фотоприемника. В резонатор с люминесцирующим образцом подается непрерывная СВЧ накачка, и путем изменения магнитного поля дости-. гаются резонансные условия для исследу емого типа центров. В резонатор подается импульсная СВЧ накачка, и по спацу интенсивности туннельного рекомбинационного послесвечения после выключения СВЧ . мощности (момент времени Бана фиг. 2-4) определяется время Т .

Изменение интенсивности послесвече ния после выключения СВЧ мошности описывается выражением 1(Ю.КЗМ+В "13 где 0 и a -.постоянные. Время Т соот» ветствует уменьшению. интенсивности послесвечен в Е раз.

1024813

t7c

72с

Измеряя 71 в вазличные моменты вре меня после прекращения воздействия иони зирующего излучения, можно изучать Т цля .рекомбинируюших центров, изменяющих свое взаимное расположение относительно, 5 друг друга.

Предлагаемый способ экспериментально проверен при определении времен спин- решеточной релаксации для автолокалиэо ваннык дырок (/„центров), атомов се ребра (А » неверов) н попов Af » в шв лочно-галоидных кристаллах.

Пример . Кристаллы КСС, соцер жашие 0,05%.cepåápà, подвергают- воэцействию рентгеновского излучения. Исполь 15 эуют трубку с молибденовым анодом при напряжении 55 кВ и токе 15 мА. Время облучения составляет 3 мин. Для получения 4g. и Q центров кристаллы облучают прн 77 К, а Пла полтченнн А а»н АО » 20 центров кристаллы облучают при 77. К и нагревают цо комнатной температуры., Непосредственно после описанной об, работки кристаллы помешают в СВЧ резонатор и охлажцают до 1,8 К, при ко 25 торой проводят измерения. Туннельное рекомбинационное послесвеченив регистрируют при помощи ФЭУ-79.,Пля ре гистрации люминесценции используют обычную схему синхронного цетектирова ЗО ния с модуляцией светового потока. В резонатор подают непрерывную СВЧ накачку 35 ITu 5 мВт я путем изменения магнитного паля (в области 1>25 Тл) цостигаются резонансные условия цля V >

Ag нлн А . нентров. Затем в резона» о тор подают импульсную СВЧ накачку и регистрируют изменение интенсивности послесвечения после выключения СВЧ . мощности. Измеренные значения Т1 .для Ч, о

Ао» Ауа+пентров в прноталле равны соответственно 17,22 и 6 с.

М.

Предлагаемый способ облацает следую» шими преимуществами: время спин реше точной релаксации определяется прямо и однозначно. Нет необхоцимости решать кинетические уравнения, содеркашие параметры, опрецеляемые с малой. точностью.

Точность измерений повышается более чем в 10 раэ. Способ имеет высокую чувствительность (до 10 спинов), по э скольку сигнал ЭПР регистрируется по люминесценции в отсутствие воэбужцаю щего излучения. Отсутствуют шумы источника возбуждения и дополнительные по лосы люминесценции, появляюшиеся во время возбуждения. Способ позволяет изучать времена спин-решеточной релак сации рекомбинируюших центров, находя шихся на различных расстояниях цруг отapyI a (в пределах 5-10 постоянных решетки), что невозможно цостичь другими метоцами.

1024813 бс

Составитель В.. Майоринн

Редактор P. видика Техред ТМатоЖа Корректор А. Повх

Заказ 4384/40 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета Р по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4