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

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

Warianty tytułu

PL

Właściwości EPR i optyczne monokryształów Li₂B₄O₇:Mn oraz Li₂B₄O₇:Eu, Mn z uwzględnieniem wpływu naświetlania kwantami gamma i wygrzewania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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).

Słowa kluczowe

PL

szkła; właściwości optyczne; EPR

EN

glasses; optical properties

• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 54, nr 1
• Strony: 61-80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., wykr.

Twórcy

autor

Podgórska, D.

• University of Technology, Institute of Physics, Al. Piastów 48, 70-310 Szczecin, Poland

autor

Kaczmarek, S. M.

• University of Technology, Institute of Physics, Al. Piastów 48, 70-310 Szczecin, Poland

autor

Drozdowski, W.

• N. Copernicus University, Institute of Physics, 87-100 Toruń, 5 Grudziądzka Str., Poland

autor

Kwaśny, M.

• Military University of Technology, Institute of Optoelectronics, 00-908 Warsaw, 2 Kaliski Str., Poland

autor

Warchoł, S.

• Military University of Technology, Institute of Optoelectronics, 00-908 Warsaw, 2 Kaliski Str., Poland

autor

Rizak, V. M.

• Uzhgorod National University, Uniwersytecka 21, 88-000 Uzhgorod Ukraine

autor

Berkowski, M.

• Institute of Physics PAN, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warsaw

Bibliografia

• [1] D. S. Robertson and I. M. Young, J. Mater. Sci. 17, 1982, 1729.
• [2] S. J. Fan, W. Wang, J. J. Xiang and J. K. Xu, J. Cryst. Growth 99, 1990, 811.
• [3] R. W. Whatmore, N. M. Sharrocks, C. O. Hara, F. W. Ainger and I. W. Young, Electron. Lett. 17, 1981, 11.
• [4] T. Y. Kvon, J. J. Ju, J. W. Cha, J. N. Kim and S. I. Yun, Material Letters, 20, 1994, 211.
• [5] S. Furusawa, O. Chikagawa, S. Tange, T. Ishidate, H. Orihara, Y. Ishibashi and K. Miwa, J. Phys. Soc. Jpn., 60, 1991, 2691.
• [6] R. Komatsu, T. Suagawara, K. Sassa, N. Sarukura, Z. Liu, S. Izumida, Y. Segawa, S. Uda, T. Fukuda and K. Yamanouchi, Appl. Phys. Lett., 70, 1997, 3492.
• [7] B. Henderson and G. F. Imbush, Optical Interaction of Inorganic Solids, Clarendon Press, Oxford, 1989.
• [8] U. Lanver and G. Lehmann, J. Lumin. 17, 1978, 225.
• [9] J. Ramirez-Serrano, E. Madrigal, F. Ramos and G. U. Caldino, J. Lumin., 71, 1997, 169.
• [10] G. U. Caldino and O. J. Rubio, Radiat. Eff. Defects Solids, 1993, 127, 1993, 83.
• [11] R. Clause and K. Petermann, IEEE, J. Quantum Electron., 1988, 24, 1988, 1114.
• [12] B. Chandra and R. C. Bhatt, Instr. Methods, 184, 1981, 557.
• [13] Ya. V. Burak, B. V. Padlyak and V. M. Shevel, Nucl. Instrum. Methods, 191, 2002, 633.
• [14] W. I. Lamajew and W. M. Gołowej, Uzhgorod University Scientific Herald, Series Physics, 14, 2003, 27.
• [15] J. A. Hernandez, E. G. Camarillo, G. Munoz, C. J. Flores, E. B. Cabrera, F. Jaque, J. J. Romero, J. Garcia-Sole and H. S. Murrieta, Opt. Mat., 17, 2001, 491.
• [16] G. B. Loutts, M. Warren, L. Taylor, R. R. Rakhimov, H. R. Ries and G. Miller, Phys. Rev., B, 57 (7), 1998, 3706.
• [17] J. T. Randall and M. H. F. Wilkins, Proc. Roy. Soc. London, A184, 1945, 366.
• [18] W. Drozdowski, K. R. Przegiętka, A. J. Wojtowicz and H. L. Oczkowski, Acta Phys. Pol., A95, 1999, 251.
• [19] A. Shengelaya, Guo-mang Zhoo, H. Koller and K. A. Muller, Phys. Rev. Lett., 77, 1996, 5296.
• [20] S. M. Kaczmarek, G. Boulon, Opt. Mat., 24, 2003, 151.
• [21] S. M. Kaczmarek, W. Chen and G. Boulon, Crystal Research and Technology, in the print.
• [22] I. Ardelean, M. Peteanu, S. Filip, V. Simon and I. Todor, Sol. State Comm., vol. 105 (5), 1998, 339.
• [23] A. Abragam and B. Bleaney, Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions, Clarendon, Oxford, 1970.
• [24] U. Hummerich, H. Eilers and W. M. Yen, Chem. Phys. Lett., 213, 1993, 163.
• [25] F. J. Lopez, M. Aguilar and F. Agullo-Lopez, Phys. Rev., B 23 (6), 1981, 3041.
• [26] D. Ehrentraut, M. Pollnau and S. Kuck, Appl. Phys., B 75 (1), 2002, 59.
• [27] T. C. Brunold, F. N. Hazenkamp and H. U. Gudel, J. Am. Chem. Soc., 117, 1995, 5598.
• [28] F. M. Ezz-Eldin, N. A. Elalaily, H. A. El-Batal and N. A. Ghoneim, Radiat. Phys. Chem., 48 (5), 1996, 659.
• [29] I. N. Ogorodnikov, V. A. Pustovarov, L. I. Isaenko, E. I. Zinin and A. V. Kruzhalov, NIMA 448, 2000, 467.
• [30] J. R. Cameron, N. Suntharalingam and G. N. Kenney, Thermoluminescent Dosimetry, The University of Wisconsin Press, Madison, 1968.
• [31] N. Miura, Phosphors for x-rays and ionizing radiation, in Phosphor Handbook, S. Shionoya and W. M. Yen, eds., CRC Press, Boca Raton, 1998, pp. 521-537.
• [32] M. J. Aitken, Thermoluminescence dating, Academic Press, London, 1985.
• [33] N. A. El-Faramway, S. U. El-Kameesy, A. El-Agramy and G. Metwally, Rad. Phys. & Chem., 58, 2000, 9.
• [34] Kang-Soo Park, J. K. Ahn, D. J. Kim, H. K. Kim, Y. H. Hwang, D. S. Kim, M. H. Park, Jin-Joo Yoon and Jae-Young Leem, J. Cryst. Growth, 249, 2003, 483.
• [35] Ya. V. Burak, B. V. Padlyak and V. M. Shevel, NIMB, 191, 2002, 633.
• [36] G. I. Malovichko, V. G. Grachov and A. O. Matkovskh, Sov. Phys. Solid State, 33, 1991, 1107.