Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

EPR and optical properties of Li₂B₄O₇:Mn glass samples under the influence of y-irradiation and annealing

Podgórska D., Kaczmarek S. M., Włodarski M., Kwaśny M., Warchoł S., Rizak V. M., Drozdowski W., Berkowski M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2005

|

Vol. 54, nr 1

45-59

EN

Li₂B₄O₇ glasses doped with Mn²⁺ (0.1 mol. %), have been investigated using electron paramagnetic resonance (EPR) method at 9.4 GHz. Mn ion is found enter substantially for the Li⁺ ion as Mn²⁺ and/or Mn¹⁺, and, probably for the B³⁺ ion or interstitial as Mn³⁺. In consequence at least two types of the manganese ions arise in the EPR spectrum in the same range of magnetic field. The EPR spectrum of glass system exhibits three resonance signals, at g ≈ 2.00, g ≈ 2.68 and g ≈ 4.60 and is very similar to others reported for Mn²⁺ ions glass systems. Only 620 nm emission was observed in the photoluminescence spectrum of the "as-grown" glass, while 430 nm and 610 nm emissions in radiolu-minescence spectrum of the system. Four month after ɣ-irradiation we observed three emission peaks centered at 430, 540 and 620 nm. The 430 nm emission was excited with 225, 277 and 374 nm absorption, the 540 nm emission was excited with 225 and 411 nm absorptions, and the 620 nm emission was excited with 225, 360, 411 and 550 nm absorptions.

PL

Badano szkła Li₂B₄O₇ domieszkowane Mn (0,1 mol %) wykorzystując metodę elektronowego rezonansu paramagnetycznego dla częstotliwości 9,4 GHz. Stwierdzono, że jon Mn podstawia się w położenie jonu Li⁺ jako Mn²⁺ oraz/lub jako Mn¹⁺, a także prawdopodobnie w położenie jonu B³⁺ jako Mn³⁺. W konsekwencji, co najmniej dwa rodzaje jonów Mn reprezentowane są w widmie EPR. Widmo EPR szkła LBO domieszkowanego Mn wykazuje obecność trzech sygnałów rezonansowych, dla g ≈ 2,00, g ≈ 2,68 oraz g ≈ 4,60. W przypadku szkła LBO:Mn badanego tuż po wzroście, w widmie fotoluminescencji stwierdzono obecność emisji z maksimum dla 620 nm, zaś w widmie radioluminescencji emisji 430 nm i 610 nm. Naświetlenie tego szkła kwantami gamma przesuwa widmo emisji w stronę fal długich obniżając jego intensywność, Cztery miesiące po tym naświetleniu w widmie fotoluminescencji obserwuje się dodatkową emisję dla 540 nm wzbudzaną przez absorpcję dla 225 nm i 411 nm.

2

EPR and optical properties of Li₂B₄O₇:Mn and Li₂B₄O₇:Eu, Mn single crystals under the influence of ɣ-irradiation and annealing

Podgórska D., Kaczmarek S. M., Drozdowski W., Kwaśny M., Warchoł S., Rizak V. M., Berkowski M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2005

|

Vol. 54, nr 1

61-80

EN

Single crystals of Li₂B₄O₇ doped with Mn²⁺ (0.014 mol %) and co-doped with Mn (0.005 mol %) and Eu³⁺ (0.5 mol %) have been investigated using EPR method at 9.4 GHz. In both systems the Mn ion is found to enter substantially for the Li⁺ ion as Mn²⁺ and/or Mn¹⁺, and, probably for the B³⁺ ion or interstitial as Mn³⁺. In consequence at least two types of the manganese ions arise in the EPR spectrum in the same range of magnetic field. In the EPR spectrum of Li₂B₄O₇:Mn crystal one can recognize g ≈ 2.00 and, g ≈ 2.89 lines. Annealing in the Ar atmosphere does not significantly change the spectrum (g = 1.97(8)) while irradiation with ɣ-quanta with a dose of 5 x 10⁴ Gy decreases to some extent the intensity of Mn²⁺ EPR signal (g = 1.99 ± 0.01) introducing new EPR line (g = 2.14 ± 0.01), giving evidence on formation of other (Mn¹⁺, Mn⁶⁺, Mn⁰) valence states of manganese. Moreover, F-type and/or Vk color centers are formed. The optical investigations of "as-grown" and ɣ-irradiated samples were performed giving evidence on Mn⁰ and Mn⁶⁺ formation in the crystal after y-irradiation. 430 nm and 610 nm emissions in radioluminescence spectrum of both systems we observed. Measurements of the crystals reveal the strong thermoluminescence peak at about 95 K, assigned probably to F⁺ center and smaller ones assigned to manganese at different valence states.

PL

Badano monokryształy Li₂B₄O₇ domieszkowane Mn²⁺ (0,014 mol %) oraz kodomieszkowane Mn²⁺ (0,005 mol %) i Eu³⁺ (0,5 mol %) wykorzystując metodę elektronowego rezonansu paramagnetycznego dla częstotliwości pola magnetycznego 9,4 GHz. W obu systemach jon Mn podstawia się w położenie jonu Li⁺ jako Mn²⁺ oraz/lub jako Mn¹⁺, a także prawdopodobnie w położenie jonu B³⁺ jako Mn³⁺. W konsekwencji co najmniej dwie linie rezonansowe obserwuje się w widmie EPR tych kryształów, g ≈ 2,00 oraz g ≈ 2,89. Wygrzewanie w argonie nie zmienia tego widma (g = 1,97(8)), podczas gdy naświetlanie kwantami gamma dawką 5 x 10⁴ Gy znacznie zmniejsza intensywność sygnału rezonansowego jonu Mn²⁺ (g = 1,99 ± 0,01) wprowadzając dodatkową linię (g = 2,14 ± 0,01), która dokumentuje obecność w krysztale jonów Mn (Mn¹⁺, Mn⁶⁺, Mn⁰) o innym niż 2 stanie walencyjnym. Ponadto powstają centra barwne typu F oraz Vk. Przeprowadzono badania absorpcji kryształów naświetlonych kwantami gamma, które potwierdziły obecność w naświetlonych kryształach jonów atomów Mn⁰ i jonów Mn⁶⁺. W widmie radioluminescencji obserwowaliśmy emisje z maksimami dla 430 nm i 610 nm. Badania termoluminescencji pokazały silny pik termoluminescencji dla około 95 K, związany prawdopodobnie z centrum F⁺ i znacznie mniej intensywne piki, które można przypisać jonom Mn o różnych walencyjnościach (od 0 do 6).

3

Yb³⁺ to Yb²⁺ conversion in CaF₂ crystals under influence of annealing in hydrogen and ɣ-irradiation

Kaczmarek S. M., Tsuboi T., Ito M., Boulon G., Włodarski M., Kwaśny M., Olesińska W., Warchoł S., Podgórska D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

27-47

EN

In the absorption spectra of both ɣ-irradiated and annealed in hydrogen CaF₂:Yb³⁺ crystals the Yb³⁺ ions with various site symmetries we observed. We think they are caused by not only the charge-compensating interstitial F⁻ ions but also substitutional O²⁻, OH⁻ and Na⁺ ions which are entered unintentionally. Beside intensity value (it is much higher for ɣ-irradiated crystal and strongly depends on the gamma dose), the UV absorption spectrum of ɣ-rayed CaF₂ :5 at Yb³⁺ crystal is quite similar to that of H₂ annealed CaF₂:5 at Yb³⁺ crystal. They reveal Yb²⁺ absorption bands observed at 360, 315, 271, 260, 227 and 214 nm, which are called A, B, C, D, F and G bands, respectively. Besides the A-G absorption bands, an additional band is observed at 234 nm in ɣ-irradiated CaF₂ : 30 at % Yb³⁺. Different structure of UV absorption and emission spectra for ɣ-irradiated crystals with respect to annealed in hydrogen crystals suggets different mechanisms of Yb²⁺ creating under ɣ-irradiation and annealing in hydrogen. The latter favors Yb²⁺ isolated centres (reduction of Yb³⁺ at Ca²⁺ lattice site), the former favors Yb²⁺ centers being neighbouring to Yb³⁺ (one of Yb³⁺ pair ions capture Compton electron). As compared to the annealed crystal ɣ-irradiation does not change the position of Yb³⁺ ion being converted to Yb²⁺ one in CaF₂ lattice. If prior ɣ-irradiation Yb³⁺ ion stayed withim a claster, after ɣ-irradiation it continue stay, but the claster is now recharged by capturing of Compton electron. In case of annealing in hydrogen the claster is probably destroyed under influence of temperature and Yb³⁺ ion being converted to Yb²⁺ one is shifted to lattice Ca²⁺ position.

PL

W widmach absorpcji zarówno naświetlonego kwantami gamma jak i wygrzanego w atmosferze wodoru kryształu CaF₂:Yb³⁺ obserwowano występowanie jonów Yb³⁺ w położeniach o różnej symetrii. Ich obecność spowodowana jest nie tylko przez obecność międzywęzłowych jonów F⁻ kompensujących nadmiarowy ładunek ale również przez obecność niekontrolowanych domieszek O²⁻, OH⁻ i Na⁻ podstawiających położenia sieciowe. Poza wartością intensywności (jest ona znacznie większa dla widm kryształu naświetlonego kwantami gamma i silnie zależy od ich dawki) widmo absorpcji kryształu CaF₂ : 5 at %Yb³⁺ naświetlonego kwantami gamma jest podobne do odpowiedniego widma kryształu wygrzanego w wodorze. Występują w nim pasma związane z absorpcją jonów Yb²⁺ z maksimami dla 360, 315, 271, 260, 227 i 214 nm zwane pasmami A, B, C, D, F oraz G, odpowiednio. Poza pamami A-G dodatkowe pasmo z maksimum dla 234 nm obserwowano dla kryształu naświetlonego kwantami gamma. Istotne różnice obserwuje się w widmach luminescencji. Widmo emisji w obszarze IR wzbudzane jest również przez pasma absorpcji z obszaru UV. W temperaturze pokojowej obserwuje się zieloną emisję charakterystyczną dla Yb²⁺ mimo, że z uwagi na efekt gaszenia luminescencji w literaturze takie obserwacje uzyskano dla temperatur poniżej 200 K. Różna struktura widm absorpcji i emisji dla kryształow naświetlonych kwantami gamma i wygrzanych w wodorze sugeruje różne mechanizmy kreowania centrów Yb²⁺. Wygrzewanie w wodorze sugeruje obecność izolowanych centrów Yb²⁺ (redukcja Yb³⁺ w położeniu sieciowym Ca²⁺) zaś naświetlanie kwantami gamma faworyzuje centra Yb²⁺ sąsiadujące z jonami Yb³⁺ (jeden z jonów pary Yb³⁺ wychwytuje elektron Comptona). W porównaniu do wygrzewania w wodorze naświetlanie kwantami gamma nie prowadzi do zmiany położenia jonu Yb³⁺, który ulega konwersji do Yb²⁺ w sieci CaF₂ . Jeśli przed naświetleniem jon Yb³⁺ pozostawał w obszarze klasteru, to po naświetlaniu dalej w nim pozostaje w postaci Yb²⁺. W przypadku wygrzewania w wodorze klaster jest niszczony, a jon Yb²⁺ lokuje się w położeniu jonu sieciowego Ca²⁺.

4

Recharging processes of Cr ions in Mg₂SiO₄ and Y₃Al₅O₁₂ crystals under influence of annealing ang ɣ-irradiation

Kaczmarek S. M., Chen W., Boulon G., Włodarski M., Kaczmarek M., Podgórska D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

89-100

EN

Recharging processes of chromium ions were investigated for Mg₂SiO₄:Mg, Cr single crystals using annealing in O₂ and in the air and ɣ-irradiation, as compare to YAG:Mg, Cr single crystals. The formation of tetravalent Cr ions in the Mg₂SiO₄:Mg, Cr is related not only to the initial Cr content in the melt, oxygen partial pressure and O²⁻ vacancy existing in the crystal, but also to the external field such as ɣ-irradiation. The additional absorption after ɣ-irradiation shows the decrease in intensity of the absorption of Cr³⁺ and Cr⁴⁺ ions in some part of the spectrum and the increase in the other part giving evidence on recharging effects between Cr³⁺ and Cr⁴⁺. There arises also color centers observed between 380 nm and 570 nm that may participate in the energy transfer of any excitation to Cr⁴⁺ giving rise to Cr⁴⁺ emission. Opposite to forsterite crystal, absorption spectrum of YAG:Mg, Cr crystal after ɣ-irradiation reveals only increase in the absorption of the Cr bands. The observed behavior of the absorption spectrum of YAG:Mg, Cr crystal under influence of ɣ-irradiation suggess that ɣ-irradiation ionizes only Cr ions.

PL

Badano procesy zmiany stanu ładunkowego jonów chromu monokryształów Mg₂SiO₄:Mg, Cr pod wpływem wygrzewania w tlenie oraz w powietrzu, a także w efekcie naświetlania kwantami gamma, porównując je do zmian obserwowanych w monokryształach Y₃Al₅O₁₂ :Mg, Cr. Powstawanie czterowartościowych jonów chromu w Mg₂SiO₄:Mg, Cr jest uwarunkowane nie tylko wyjściową koncentracją chromu, ciśnieniem parcjalnym tlenu oraz obecnością w tym krysztale dużej ilości wakansów tlenowych lecz również zewnętrznym polem radiacyjnym, np. kwantów gamma. Dodatkowa absorpcja po naświetlaniu kwantami gamma wykazuje spadek intensywności absorpcji jonów chromu w pewnych obszarach widma absorpcji i wzrost w innych obszarach tego widma, sugerując występowanie efektów zmiany stanów ładunkowych chromu. Przy okazji powstają centra barwne w obszarze 380-570 nm mogące uczestniczyć w procesie transferu energii do jonów chromu i dające tym samym wzrost emisji Cr⁴⁺. Przeciwnie do kryształu fosterytu, widmo absorpcji kryształu YAG:Mg, Cr po naświetleniu kwantami gamma wykazuje tylko wzrost absorpcji jonów chromu. Obserwowane zmiany widma absorpcji pod wpływem kwantów gamma sugerują, że kwanty gamma jonizują tylko jony chromu w tym krysztale.

5

Electronic hot bands in Yb³⁺ doped LiNbO₃ single crystals co-doped with rare-earth ions under influence of [gamma]-quanta

Kaczmarek S. M., Tsuboi T., Boulon G., Włodarski M., Pracka I., Podgórska D., Czuba M., Kaczmarek M., Warchoł S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2003

|

Vol. 52, nr 12

5-25

EN

EPR, absorption and emission spectra have been studied for Yb³⁺ - doped LiNbO₃ single crystals and Yb³⁺/Nd³⁺- Yb³⁺/Er³⁺ - and Yb³⁺/Pr³⁺ - codoped LiNbO₃ crystals before and after γ-irradiation with a dose of 10⁵ - 10⁷ Gy. As a reference we also measured the absorption of pure and single LiNbO₃ crystals doped with Er³⁺, Nd³⁺, and Pr³⁺ ions. The absorption measurements were performed versus temperature in the range of 190 nm - 3100 nm from 15 K to 292 K. We observed rare-earth ions substitute for Li⁺ sites in Er³⁺ - and Yb³⁺ - co-doped crystals, while also at Nb⁵⁺ sites in the case of Pr³⁺ - and Nd³⁺ - co-doped crystals. Niobium sites give rise to absorption bands by means of absorption of OH⁻ line. Moreover, after gamma irradiation, due to a large discrepancy between ionic radii of Nd³⁺ or Pr³⁺ dopant and Li⁺ or Nb⁵⁺ sites, intense additional absorption bands in UV-VIS were observed due to the effect of oxygen vacancy recharging (F-centres) and Nb⁴⁺ polaron arising. Hot absorption bands due to the electronic transition from thermally populated levels were observed at the low energy side of the 980 nm sharp Yb³⁺ line. Temperature dependence observed for the hot bands is explained by an energy level calculatipon. It is understood by electronic transition from the thermally populated ²F⁷/². Stark levels to the excited ²F⁵/² level. The position of the Yb³⁺ ²F⁷/² ²F⁵/² first resonant line was observed to be a slightly different among the co-doped crystals. This is due to the perturbation of Yb³⁺ by co-doped rare-earth ion which is located at the neighborhood of the Yb³⁺. Comparative calculations were performed using factor analysis method for the absorption spectrum of Er³⁺, Yb³⁺ : LiNbO₃ single crystal, to confirm the mixed nature (vibrational & electronic) of 1→5 electron transition.

PL

Badano pasma absorpcji i emisji monokryształów Yb³⁺:LiNbO₃ oraz współdomieszkowanych monokryształów Yb³⁺/Nd³⁺, Yb³⁺/Er³⁺, Yb³⁺/Pr³⁺: LiNbO₃ przed i po naświetleniu ich kwantami gamma dawką 10⁵ - 10⁷ Gy. Porównawczo zmierzono również odpowiednie widma monokryształów LiNbO₃ domieszkowanych jonami Er³⁺, Nd³⁺ oraz Pr³⁺. Badania przeprowadzano w funkcji temperatury w obszarze 190 nm-3100 nm od 16 K do 292 K. Obserwowano, że jony ziem rzadkich podstawiają się w położeniu Li⁺ w kryształach współ-domieszkowanych Er³⁺ oraz Yb³⁺, natomiast w położenia Nb⁵⁺ w kryształach domieszkowanych Pr³⁺ oraz Nd³⁺. Położenia Nb⁵⁺ dają wkład do widma absorpcji w postaci linii obsorpcji jonów OH⁻ . Ponadto, z uwagi na duży rozrzut promieni jonowych Nd³⁺ lub Pr³⁺ oraz Li⁺ lub Nb⁵⁺, po naświetleniu kwantami gamma, obserwowano intensywne dodatkowe pasma absorpcji w obszarze UV-VIS, będące efektem przeładowania wakansów anionowych (centra F) oraz powstania polaronu Nb⁴⁺. Obserwowano występowanie elektronowych pasm termicznych pochodzących od termicznie zapełnionych poziomów elektronowych po niskoenergetycznej stronie ostrej linii przejścia elektronowego Yb³⁺ 980 nm. Zależność temperaturową dla tych pasm wyjasniono poprzez obliczenia poziomów energetycznych jonu Yb³⁺. Obserwowano wielo-fotonową relaksację z pierwszego poziomu przejścia termicznego (1004 nm) do stanu podstawowego za sprawą dwóch zlokalizowanych fotonów o energiach: 80 cm⁻¹ oraz 140 cm⁻¹. Więcej zlokalizowanych fotonów obserwowano w kryształach po ich naświetleniu kwantami gamma. Przeprowadzono analizę porównawczą widma absorpcji monokryształu Er³⁺, Yb³⁺:LiNbOO₃ metodą analizy czynnikowej, aby uzyskać potwierdzenie mieszanej natury (wibronowo-elektronowej) przejścia elektronowego 1→5.