Способ определения пространственного распределения взаимосвязанных частиц различного типа

 

Изобретение относится к способу определения совместного пространственного распределения взаимосвязанных частиц различного типа и применимо к веществам, содержащим совокупности связанных между собой примесных центров, вакансий, радикалов, ядер атомов. В частности, способ целесообразно использовать в исследованиях по физике твердого тела для изучения свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов, применяемых в квантовой электронике и микроэлектронике, в геологии для получения сведений об изотопическом распределении в кварце, слюдах и других природных минералах, в медицине для ранней диагностики заболеваний, связанных с комплексными структурными дефектами живых тканей. Целью изобретения является дополнительное определение концентрации частиц. Способ основан на анализе сигналов совместного резонансного поглощения электромагнитных волн частицами объекта в условиях воздействия на объект неоднородным полем. Способ представляет собой набор технических приемов, при выполнении которых возникает пространственная локализация совместного резонансного поглощения электромагнитных волн, позволяющая регистрировать сигналы этого поглощения поочередно от узких участков исследуемого образца. О совместном распределении по образцу взаимосвязанных частиц различного типа судят по характеристикам наблюдаемых сигналов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯО„„15З9624 (51)5 С 01 N 24/12 (Ь . и «Оь ъ»:

t, . 1! c Л tt Iti/615

Е Ь г 181EH.А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕ ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4269289/31-25 (22) 26,06.87 (46) 30.01.90 ° Бюл. № 4 (71) Институт геохимии и физики минералов AH УССР и Институт полупроводников АН УССР (72) С.С.Ищенко и В.Б.Брик (53) 539.143.43(088.8) (56) Конькин А.Л. и др. Оптическое детектирование ЭЯР в основном состоянии иона Tm в CaI e . — Оптика и спектроскопия, 1981, т. 51, с. 946, Ищенко С.C. Двойной электронноядерный резонанс в неоднородном магнитном поле. — ЯЭТФ, 1986, т. 91, ¹i33, с. 1030. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗАКЮСВЯЗАНННХ

ЧАСТИЦ РАЗЛИЧНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к способу определения совместного пространственного распределения взаимосвязанных частиц различного типа и применимо к веществам, содержащим совокупности связанных между собой примесных центров, вакансий, радикалов, ядер атомов. В частности, способ целесообразно использовать в исследоИзобретение относится к мультирезонансному контролю локальных физических свойств объектов, содержащих совокупности связанных между собой разнотипных резонирующих частиц, и может быть использовано в физике твердого тела для изучения свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов, в минералогии при изучении

2 ваниях по физике твердого тела для изучения свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов, применяемых в квантовой электронике и микроэлектронике, в геологии для получения сведений об изотопическом распределении в кварце, слюдах и других природных минералах, в медицине для ранней диагностики заболеваний, связанных с комплексными структурными дефектами живых тканей. Целью изобретения является дополнительное определение концентрации частиц. Способ основан на анализе сигналов совместного резонансного поглощения электромагнитных волн частицами объекта в условиях воздействия на объект неоднородным полем. Способ представляет собой набор технических приемов, при выполнении которых возникает пространственная.локализация совместного резонансного поглощения электромагнитных волн, позволяющая регистрировать сигналы этого поглощения поочередно от узких участков исследуемого образца. О совместном распределении по образцу взаимосвязанных частиц различного типа судят по харак-.еристикам наблюдаемых сигналов. 2 ил.

/ совместного распределения примесей и нарушений решетки в природных кристаллах, в биологии и диагностической медицине для выявления комплексных структурных дефектов органических соединений, а также в квантовой электронике для контроля качества материалов..

Целью изобретения является определение концентрации частиц, взаимо1539624 связанных, резонансным образом поглощающих электромагнитную энергию на разных частотах в различных участках исследуемого объекта.

На фиг. 1 представлены: исследуемый, объект с тремя типами частиц, находящийся в неоднородном поле, х— координатная ось; области поглощения

1 и 2-й волн отмечены штри:;овкой, а зона их перекрытия Зх — двойной штриховкой; а также графики зависимостей энергетических уровней частиц от координаты х; расстояние между уровнями определяют резонансные частоты частиц, стрелками показаны частоты электромагнитных волн,, l которыми облучается образец, горизонтальными линиями возле стрелок изображены области поглощения волн.

На фиг. 2 приведен график, характеризующий концентрацию частиц Р(х) в разных участках образца LiF

Способ осуществляют следующим образом. 25

9290 МГц; 1= 420 МГ

14, 24 МГц, д, — — 0,08 М з. 4 од = 6,1 Мгц d З„. =д,= О, где о; — резонансная частота частиц

1-го типа с точке х = 0, 30

i = 1,2,3 ; д — ширина резонансной линии

1 частиц i -го типа; н. — коэффициент связи сдвига

0! резонансной частоты частиц

i -ro типа и величины поля 35 ф. З "" — резонансная частота часо тиц, поглощающих зондирующую волну в точке х = 0 коэффициент связи сдвига ьонА резонансной частоты частиц, поглощающих зондирующую волну, и величины по.ля Ф, 45

С помощью электромагнита с клинообразными насадками на полюсах кристалл LiF подвергается воздействию магнитного поля (ф = Н) с градиентом dH/dx = 25 10 Т/мм, где ось х

50 совпадает с длиной кристалла, а на- . чало оси х (точка х = О) совмещено с началом образца.

Подставляя значение градиента магнитного поля и параметров (1) в выражение для Дх, получают: йх <

< 55 0,8 мм. Выделяют в образце зону х+ = 0,8 мм с координатой центра х+ = 0,4 мм.

Пример. Использован кристалл

LiF, в котором изучают совместное расПределение трех типов взаимосвязанных частиц; F — - центров (вакансия аниона, захватившая электрон). ядер атомов фтора и ядер атомов лития.

Измерения проводятся на супергетеродинном спектрометре, позволяющем регистрировать совместное резонансное поглощение СВЧ волны электронными центрами и РЧ волн ядрами атомов, Ядерные резонансы возбуждаются вмонтированными в СВЧ резонатор проволочными петлями, к которым подключают генераторы РЧ диапазона.

Исследуемый образец представляет собой параллелепипед, имеющий длину

1 = 4,8 мм и поперечное сечение 2 х г х 2 мм . Изучаемые частицы — F-центры, ядра фтора и ядра лития, нумеруемые 1, 2, 3 соответственно, характеризуются согласно справочным данным параметрами: ц; )»,= 28024 МГц/Т

Гц. . = 40 МГц/М; (1)

05 ЫГц gз. гз 16 МГц/Т

С помощью СВЧ .и РЧ генераторов облучают исследуемый образец тремя электромагнитными волнами. Частоты двух из них выбирают согласно выражению для

de ах" = .,+у — (х+ — ) + — (2) о У! di 2 2 равными 4, =9136 МГц и =14, 28 М ц, используя в формуле (2) для определения, верхний, а для — нижний ряд знаков. Третью волну используют в качестве зондирующей, выбирая ее частоту, согласно зона = 4 о зонА /3 равной з,„ = 6,08 МГц. Па формуле для максимального значения частоты зонди1У ЧОЩей волны 4зо = 1 + с ф о Эон4

+ y „с1

Зона .С1х Э4 Н» »

6у32 М1 ц»

Регистрируют спектрометром сигнал совместного поглощения всех трех волн в процессе развертки частоты зондирующей волны от значения „д=

= 6,08 МГц да g „, = 6,32 МГц. Амп- литуда наблюдаемого при этом сигнала, пропорциональна числу изучаемых час-, тиц в выделенной зоне образца.

Изменяя частоты СВЧ и РЧ генераторов, увеличивают частоты „ и д

1539

4х d ; (у. ЙФ/dx) — (х 1 +

df

dx — )

2 о Р сР;

)

9он 4

+ соответственно на величину: 411

5б МГц и d1 = 0,08 МГц вычисг ляя их по формуле 4 = ч. — а х .

01 dX

Этим самым перемещают выделенную зо-

5 ну в исследуемом кристалле на величину, равную ширине зоне. Повторяют процесс регистрации сигнала, амплитуда которого теперь пропорциональна числу изучаемых частиц в участке образца, ограниченном новым положением зоны.

Увеличение частот 1 и 4 и

1 измерение сигнала производят и = 5 раз и по наблюдаемым сигналам судят о совместном распределении F öåíòðîâ и связанных с ними ядер атомов фтора и ядер атомов лития в кристалле LiF.

Способ позволяет определять локальные свойства объектов, содержащих взаимосвязанные разнотипные частицы, резонансно поглощающие электромагнитную энергию, что имеет важное значение для решения фундамен- 25 тальных научных и прикладных проблем.

Данным способом можно получить информацию о совокупностях взаимосвязанных центров окраски в щелочно-галоидных кристаллах, определяющих ла- д0 зерные свойства этих материалов, об образованиях примесь-вакансия, являющихся центрами свечения в полупроводниках, а также обусловливающих локальные фазовые переходы в сегнетоэлектриках; о наличии и распределении в минералах примесей и связанных с ними ядер определенных изотопов, являющихся признаком рудных месторождений в геологии; о комплексах из

40 радикалов и связанных с ними атомов, определяющих патологические изменения в тканях живых организмов и служащих в медицине показателем ранней стадии заболевания.

624 6 ных участках исследуемого объекта, воздействуют на объект полем ф с градиентом d4 /dx при произвольном выборе направления оси х, начало которой совмещают с началом объекта, выделяют в объекте зону с размером ахи вдоль оси х и:координатой; центА. аХ ра х = — с учетом ограничения

2 облучают объект двумя электромагнитными волнами, частоты которых 4, выбирают согласно условию при этом используют для определения частот волн первой электромагнитной волны верхний ряд знаков, для второй электромагнитной волны — нижний ряд знаков, одновременно облучают объект зондирующей электромагнитной волной, частоту которой вы30NA бирают равной зонд ЭонА

Зонд о 2 измеряют сигнал совместного поглощения всех электромагнитных волн в процессе увеличения частоты зондирующей волны от выбранного значения до значения

Зонд дф ЭонД = o + 3 зонд Дх

Формула изобретения

Способ определения пространственного распределения взаимосвязанных частиц различного типа, включающий облучение объекта электромагнитными волнами на резонансных частотах и регистрацию поглощения этих волн в условиях неоднородного внешнего поля, отличающийся тем, что, с целью определения концентрации частиц, взаимосвязанных, резонансным образом поглощающих электромагнитную энергию на разных частотах в различувеличивают частоты электромагнитных волн на величину . йФ

44. = у. ах+, повторяют измерение сигнала совместного поглощения всех электромагнитных волн, причем увеличение частот электромагнитных волн и измерение сигнала совместного поглощения всех электромагнитных волн производят n =

1 — (вЂ,„ — 1) pas, и по наблюдаемым 1539624

„ зон* о

Зонд

1 зонд

10 зонд!

$ . 0

Составитель В. Покатилов

Техред N. Ходанич Корректор Н.Король

Редактор А.Маковская

Заказ 212 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Тираж 486

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101 сигналам судят о концентрации и сов, местном распределении частиц в объекте, 7 где i — номер электромагнитной волны и типа частиц, поглощающих эту волну;

d ; — ширина резонансной линии час-, тиц i-го типа; . — коэффициент связи сдвига рео1 зонансной частоты частиц х-го типа и величины поля ф; о; — резонансная частота частиц

i-го.типа в точке х = 0; резонансная частота частиц, поглощающих зондирующую волну, в точке х = 0; ширина резонансной линии частиц, поглощающих зондирующую волну; максимальное значение частоты зондирующей волны; коэффициент связи сдвига резонансной частоты частиц; поглощающих зондирующую волну, и величины поля Ф; размер исследуемого объекта вдоль оси х.