Способ определения времени спин-решеточной релаксации в твердом теле

/10 а авааааааа;аа 1а ЕЛЬ СТВ ТОР СИО кий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБР(21) 3328450/18 28 (22) 04.08.81 (46) 23,06.83. Бюл, Ию 23 (72) П, Г. Баранов, Ю. П. Вещунов и Н. Г. Романов (71) Ордена Ленина физико-техничес ,институт им. А. ф, Иоффе (53) 538.69 (088.8) (56) 1. йцес 31 п У ей а 1. ЕРК орй 1 са 1 десесй 1 оп оУ Г-сепйге рагя 1 п а 11 а 11 ,Ьа 3 1 деь:.11 5 р 1 п - 1 айй 1 се ге 1 ахай 1 оп оГ фее Г - сепйге 1 п 3 йь ге 1 ахед ехс 1 йед исайе. РЬув 1 са 3 Файця Зо 1103 (4), 973, й, 55, р. 215,2. Иог 1 У ей а 1. Орй 3 са 1 дейесОоп 1 о 1 Ьр 1 пт 1 айй 1 се ге 3 ахай 1 оп ргосевьев 1 п ййе йг 1 р 1 ей яйайе о 1 йЬе ве 1 Г- йгарред ехс 1 йоп 1 п а 1 х Бо 110 вйаМ Совецп 1 сай р. 181. 801024813 А(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ РЕЛАКСАЦИИВ ТВЕРДОМ ТЕЛЕ, включающий воздействие на образец ионизирующего излучения, импульсного СВЧ излучения и регистррацию сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) по люминесценцииобразца, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения чувствительностии точности измерений и селективного выделения рекомбинируюших центров, регионрацию сигнала ЭПР производят эа времятуннельного рекомбинационного послесвечения образца после прекращения воздействия ионизирующего излучения.1 О Поставленная цель достигается тем что.согласно способу определения времени спин-решеточной релаксации в твердом теле, включающему воздействие на обра Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано. в физике твердого тела и физике полупроводников,Известен способ .определения времени 5спин-решеточной релаксации в твердом теле, основанный на измерении оптическимспособом произведения спин-решеточной(Т) на спин-спиновую (Т) релаксациейпо насыщению люминесценций при воздействии на образец радиочастотной мощностью Ц .Недостатком способа является высокая точность, связанная с тем, что способ является косвенным, так как времяТопределяется по измеренным значениямамплитуды Н магнитной составляющейрадиочастотной мощности и скорости.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способопределения времени спин-решеточной релаксации в твердом .теле, включающийвоздействие на образец ионизирующегоизлучения, импульсного СВЧ излучения ирегистрацию. сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) по люминео.ценции образца. Время Т рассчитываетсяиэ зависимости от времени интенсивностилюминесценции при резонансных условиях ЗОпосле включения и выключения СВЧ мощности, при этом облучение образцаионизирующим излучением осуществляютнепрерывно 2 .Недостатками способа являются невысокая чувствительность и точность измерений, обусловленные непрерывным воздействием ионизирующего излучения, возбуждающего люминесценцию, Кроме того,данный способ является косвенным, так 40как время Т определяют иэ кинетических уравнений, в которые вводится скорость возбуждения, определяемая во времени приближенно иэ начальных условийэксперимента. При этом в процессе излучения участвуют все центры, возбуждаемые ионизирующим излучением. Эти центры могут. отличаться взаимным расстоя- фкием, структурой, временем жизни,целью изобретения является повышение 50чувствительности и точности измеренийвремени спин-решеточной релаксации иселективного выделения рекомбинирующихцентров. зец ионизирующего излучения, импульснсьго СВЧ излучения и регистрацию сигнала ЭПР по люминесценции образца, регистрацию сигнала ЭПР производят за времятуннельного рекомбинационного послесве .чения образца после прекращения воздействия ионизирующего излучения.В предлагаемом способе время Т 1 по.лучается непосредственчо из временнойзависимости интенсивности люминесценции после выключения СВЧ накачки, т.е.определяется прямо и однозначно,Чувствительность повышается благодаря тому, что регистрация сигнала ЭПРпроизводится по туннельному рекомбинационному послесвечению, т.е. по люмииесценции в отсутствие возбуждающего из-,лучения, При этом отсутствуют шумы иоточника возбуждения, а также дополнительные полосы люминесценции, появляющиеся во время возбуждения и перекрывающиеся с полосами люминесценции исследуемых центров,На фиг. 1 изображена схема измерений; на фиг. 2 - зависимость интенсивности туннельного рекомбинационногопослесвечения от времени, прошедшегопосле выключения СВЧ накачки, для МкЭна фиг. 3 - то же, для Аог; на фиг, 4 -2.+то же, для Ар" центров в кристалле,КСОпри 1,8 К.Схема содержит СВЧ резонатор 1, вкотором находится, исследуемый образец 2,сверхпроводящий магнит 3, гелиевыйкриостат 4 и фотоприемник 5,Процесс измерения времени спинрешеточной релаксацииТ состоит в следуюшем,Регистрируется туннельное рекомбинационное послесвечение предварительнооблученного иониэирующим излучением образца при помощи фотоприемника, В резонатор с люминесцирующим образцомподается непрерывная СВЧ накачка, и путем изменения магнитного поля дости-.гаются резонансные условия для исследуемого типа центров, В резонатор подаетсяимпульсная СВЧ накачка, и по спаду интенсивности туннельного рекомбинационного послесвечения после выключения СВЧ,мощности (момент времени Бана фиг. 2-4)определяется время Т.Изменение интенсивности послесвече ния после выключения СВЧ мощности описывается выражением 1 Ю %СГО+6 +13 где б и О -.постоянные, Время Т соотг ветствует уменьшению. интенсивности послесвечения в Е раз.Измеряя Т 1 в вазличные моменты вре меня после прекращения воздействия иоиивв зируюшего излучения, можно изучать Т для .рекомбинируюших центров, изменяющих свое взаимное расположение относительно, 5 друг друга.Предлагаемый способ экспериментально проверен при определении времен спю-решеточной релаксации для автолокалиэо ваннык дырок (Чцентров), атомов се ребра ( Ац покеров) н конов Дфт в щелочно-галоидных кристаллах.П р и м е р . Кристаллы КС 6, содер жашие 0,05%. серебра, подвергают. воздействию рентгеновского излучения, Исполь 15 эуют трубку с молибденовы)и анодом при напряжении 55 кВ и токе 15 мА. Время облучения составляет 3 мин. Для получения Чк и А центров кристаллы облучают прн 77 К, а Пла полученнн Аффп Аоо 20 центров кристаллы облучают при 77 К и нагревают до комнатной температуры.,Непосредственно после описанной обработки кристаллы помешают в СВЧ резонатор и охлаждают до 1,8 К, при ко-Л торой проводят измерения, Туннельное рекомбинационное послесвечение регистрируют при помощи ФЭУ.,Пля ре гистрации люминесценции используют обычную схему синхронного детектирова 30 ъния с модуляцией светового потока. В резонатор подают непрерывную СВЧ накачку 35 ГГц 5 мВт я путем изменения магнитного поля (в области 1,25 Тл) достигаются резонансные условия для 7 К Аф нлн А. нентров. Затем в резона тор подают импульсную СВЧ накачку и регистрируют изменение интенсивности послесвечения после выключения СВЧ . мощности. Измеренные значения Т 1 .для Ч роАш н Ара+пентров в крноталле равны соответственно 17,22 и 6 с.Предлагаемый способ обладает следую шими преимуществами: время . спин-реше точной релаксации определяется прямо и однозначно. Нет необходимости решать кинетические уравнения, содеркащие параметры, определяемые с малой. точностью. Точность измерений повышается более чем в 10 раэ. Способ имеет высокую чувствительность (до 10 спинов), поэскольку сигнал ЭПР регистрируется по люминесценции в отсутствие возбуждаю щего излучения. Отсутствуют шумы источника возбуждения и дополнительные по лосы люминесценции, появляющиесяво время возбуждения. Способ позволяет изучать времена спин-решеточной релак сации рекомбинируюших центров, находя шихся на различных расстояниях друг отдруга (в пределах 5-10 постоянных решетки), что невозможно достичь другими методами.оставитель ВМайориннехред Т,МаточкаКорректор А. ПовхП видика едакт э 4384/40 Тираж 873 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб