Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Нурпеисов Айбек Сенбекович «8D05323 – Техникалық физика» білім беру бағдарламасы бойынша «Mn2+, Tb3+ және Bi3+ иондарымен белсендірілген сілтілік-жер металл фосфаттары мен сульфаттарындағы люминесценция және электрон – кемітіктондық қармау орталықтары» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің Физика-техникалық ғылымдар институтының «Техникалық физика» кафедрасында, «Энергетика және функционалдық материалдар» ғылыми зертханасында, ENULab-та, сондай-ақ Литва мемлекеті, Вильнюс қаласындағы Вильнюс университетінің «Химия институтының» зертханасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
Яр-Мухамедова Гульмира Шарифовна – физика-математика ғылымдарының докторы, аль-Фараби атындағы Казақ ұлттық университетінің Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасының профессоры, Алматы қ., Қазақстан Республикасы;
Бекешев Амирбек Зарлыкович – физика-математика ғылымдарының кандидаты, Қ. Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік мемлекеттік университеті, «Физика» кафедрасының қауымдастырылған профессоры, Ақтөбе қ., Қазақстан Республикасы.
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Ердыбаева Назгуль Кадырбековна – физика-математика ғылымдарының докторы, Д. Серикбаев атындағы Шығыс Қазақстан техникалық университетінің профессоры, Өскемен қаласы, Қазақстан Республикасы;
Баратова Алия Амирхановна – философия докторы (PhD), Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ «ЯФЖМжТ» кафедрасының қауымдастырылған профессоры, Астана қ., Қазақстан Республикасы;
Боргеков Дарын Боранбайұлы – философия докторы (PhD), ҚР ЭМ «Ядролық физика институты» ШЖҚ РМК Астана филиалы директорының орынбасары, Астана қ., Қазақстан Республикасы.
Ғылыми кеңесшілері:
Нурахметов Турлыбек Нурахметович – ф.-м.ғ.д., Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ «Техникалық физика» кафедрасының профессоры, Астана қ., Қазақстан Республикасы;
Карейва Айварас – ф.-х.ғ.д., Химия және геоғылым факультетінің деканы, органикалық емес химия кафедрасының профессоры, Вильнюс университеті, Вильнюс қ., Литва.
Қорғау 2025 жылғы 19 желтоқсан, сағат 14:00-де Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D05323 – Техникалық физика» білім беру бағдарламасы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі аралас форматта (оффлайн және онлайн) өткізіледі.
Сілтемесі: https://share.kz/gbGR
Мекен-жайы: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, №3 оқу ғимараты № 310 аудитория.
Аңдатпа (қаз.): Жұмыстың өзектілігі. Бұл диссертациялық жұмыстың өзектілігі, фосфаттар мен сульфаттардағы сыртқы оптикалық әсер ету энергиясының жинақталу процестерін зерттеумен байланысты, олар меншікті және қоспалы электронды кемтікті қармау орталықтарынан тұратын біріктірілген электронды сәулелену күйлерінің түзілуі түрінде көрінеді. Кейіннен бұл энергия матрицадан қоспаға (эмитенттерге) беріледі. Көптеген функционалды фосфаттарда энергия жоғары энергиялы электромагниттік сәулеленуді төмен энергиялы көрінетін люминисценцияға түрлендіруге арналған трансформатор болып табылатын қармау орталықтарында жиналады. Сирек жер және өтпелі иондармен толықтырылған ортофосфаттар мен гранаттар фотонды және оптоэлектрондық құрылғыларда қолдану арқылы зерттеушілердің назарын аударады. Фосфаттарда қолданылатын ақ жарық диодтары қатты күйдегі оптоэлектроникадағы негізгі жарық көзі болып табылады. Әр түрлі кристалдық құрылымдары бар фосфаттар люминесцентті матрицалар ретінде перспективалы үміткерлер ретінде қарастырылады. Осы жұмыста 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏 және 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 меншікті және қоспалы қармау орталықтарынан тұратын аралас электронды сәулелену күйлерін құру механизмдері, сондай-ақ механизмдер зерттеледі матрицадан 𝑀𝑛2+, 𝑇𝑏3+ және 𝐵𝑖3+ қоспаларға энергия беру механизімдері зерттеледі. Диссертациялық жұмыстың мақсаты - 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏, 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛 және 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 эмитенттерге энергияны кейіннен бере отырып, рекомбинациялық сәулелену түріндегі аралас электронды-сәулелену күйлерінің және олардың кезең-кезеңімен ыдырау механизмдерінің қалыптасуын зерттеу. Зерттеу мәселелері: 1. 𝑀𝑛2+ және 𝑇𝑏3+ иондарымен активтендірілген 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 және 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 фосфаттарындағы индукцияланған рекомбинациялық сәулеленудің табиғатын зерттеу. 2. 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏 және 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛 фосфаттарындағы рекомбинациялық сәулеленулердің табиғатын зерттеу. 3. 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏 және 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛 қосылыстарында электрондық-кемтіктік қармау орталықтарының түзілу механизмдерін зерттеу. 4. 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 және 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛 люминофорларындағы біріктірілген электрондық-сәулелену күйлерінің түзілу механизмдерін зерттеу. 5. Кең температуралық диапазонда 𝑀𝑛2+, 𝐵𝑖3+ және 𝑇𝑏3+ қоспаларымен активтендірілген фосфаттар мен сульфаттардағы біріктірілген электрондық-сәулелену күйлерінің ыдырау процестерін зерттеу. Зерттеу объектілері. Зерттеу объектілері – сілтілі-жер металдарының аса таза фосфат және сульфат ұнтақтары алынған: 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏, 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛 және 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖. Зерттеу әдістері. Үлгілердің рентгендік құрылымдық талдауы Брагг-Брентано геометриясында жұмыс істейтін rigaku miniflex II және D6 Phaser дифрактометрінің көмегімен жүргізілді (θ/2θ). Деректер 2θ 10-дан 60° - қа дейінгі бұрыштар диапазонында жиналды, қадам өлшемі 0,02° және сканерлеу жылдамдығы 1°/мин.үлгілердің морфологиясы Hitachi su-70 сканерлейтін электронды микроскоптың көмегімен зерттелді. Объектілердің фотолюминесценттік, рентгенолюминесценттік және фосфоресценттік спектрлері термоактивациялық қондырғы мен Solar см2203 спектрофлуориметрін пайдалана отырып, 77 К-ден 450 К-ге дейінгі кең температуралық диапазонда зерттелді. Вакуумдық ультракүлгін аймақтағы қозу және люминесценция спектрлері VMR-2 вакуумды монохроматорында және Solar M266-да 15 К-ден 370 К-ге дейінгі температуралық аймақта зерттелді.объектілерді дайындау үшін қолмен гидравликалық пресс, муфель пеші, кептіру пеші, магнитті араластырғыш қолданылды. Қорғауға шығарылатын негізгі қағидаттар: 1. Қоздырылған аниондардан ( 𝑂2− − 𝑀𝑛2+) және көршілес иондарға ( 𝑂2− − (𝑃2𝑂7)4−) матрицалар, сондай-ақ матрица иондары мен қоспалары бар бос электрондарды қармау кезінде алдымен 77 К және 15 К температурада 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛 фосфаттарында кездеседі. 2. Фосфаттардағы 2.95 эВ және 3.1 эВ кезіндегі рекомбинациялық сәулелену жолақтары 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛 және 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏, меншікті (𝑃2𝑂7)5− − (𝑃2𝑂7)3− және (𝑃𝑂4)4− − (𝑃𝑂4)3− және қоспалар 𝑀𝑛+ − (𝑃𝑂4)3− және 𝑇𝑏2+ − (𝑃2𝑂7)3− қармау орталықтары 4.0 эВ және 4.5 эВ фотондарымен қозған кезде пайда болады. 3. 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 фотондарымен сәулелену кезінде энергиясы тыйым салынған аймақтың енінен асатын, рекомбинациялық сәулелену орталықтарынан тұратын біріктірілген электронды сәулелену күйі түзіледі 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− өткізгіштік аймағының астында орналасқан 4 4 4 матрицалар. 4. 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 де 3.1 эВ, 2.4 эВ, 2.34 эВ, 2.7 эВ кезінде матрицаның мөлдірлігі аймағында пайда болатын рекомбинациялық сәулелену жолақтары әртүрлі кристаллографиялық бағытта орналасқан эквивалентті емес локализацияланған кемтікгі бар қармау орталықтарының жергілікті күйлерінен электрондардың рекомбинациясы кезінде пайда болады 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− және 𝑒− + 𝑆𝑂−(𝐵𝑖3+) → 𝑒0(𝐵𝑖3+). 1.97 4(𝑐) 4 4(б) 4 4(а) 4 эВ сәулелену 2𝑝3/2 − 2𝑝1/2 (𝐵𝑖2+) орталықішілік ауысуға сәйкес келеді. Негізгі нәтижелердің сипаттамасы. Диссертациялық жұмысты орындау барысында эмитенттерге энергияны кейіннен бере отырып, рекомбинациялық сәулелену түріндегі электронды- сәулелену күйлерінің және олардың кезең-кезеңімен ыдырау механизмдерінің қалыптасуын зерттеу бойынша қойылған ғылыми міндетті шешуге мүмкіндік берген жаңа ғылыми нәтижелер алынды. Атап айтқанда: 1. 𝑀𝑛2+ және 𝑇𝑏3+ иондарымен белсендірілген фосфаттарда 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 және 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 алғаш рет 2.95 эВ және 3.1 эВ энергияларында индукцияланған рекомбинациялық сәулелену жолақтары анықталды, олар электронды күйлерде қозғалады энергетикалық деңгейлерден қозған аниондардан ( 𝑂2− − 𝑀𝑛2+) және матрицадағы іргелес иондарға ( 𝑂2− − (𝑃2𝑂7)4−), сондай-ақ 77 К және 15 К температурада матрица иондары мен қоспалары бар бос электрондарды қармау кезінде пайда болады. 2. Фосфаттарда 2.95 эВ және 3.1 эВ кезінде жаңадан құрылған рекомбинациялық сәулеленудің қозу спектрлерін өлшеу негізінде сәулелену деректері меншікті (𝑃2𝑂7)5− − (𝑃2𝑂7)3− және (𝑃𝑂4)4− − (𝑃𝑂4)3− қоспалық 2 2 𝑀𝑛+ − (𝑃2𝑂7)3−, 𝑀𝑛+ − (𝑃𝑂4)3−, 𝑇𝑏2+ − (𝑃2𝑂7)3−және 𝑇𝑏2+ − (𝑃𝑂4)3− тұратын орталықтардың аралас электронды-сәулелену күйлерінің ыдырауы нәтижесінде пайда болатындығы көрсетілді, қармап алу орталықтары 4.0 эВ және 4.5 эВ кезінде матрицаның мөлдірлігі саласында жергілікті энергетикалық деңгейлерде орналасқан. 3. 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 фосфорында рұқсат етілген аймақтың енінен асатын энергиясы бар фотондармен қозған кезде 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂4 және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− 4 4 рекомбинациялық-сәулелену күйлерінен тұратын аралас электронды сәулелену күйлері пайда болады 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂4 және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− ион сәулеленуі 4 4 𝐵𝑖2+ матрицаның өткізгіштік аймағының астында локолданады. 4. Сәулеленген 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 фосфорында матрицаның іргелі спектрлік аймағында ауысуларына сәйкес келетін матрицаның әртүрлі кристаллографиялық бағыттарында орналасқан баламалы емес локализацияланған саңылаулары бар жергілікті күйлерден электрондардың рекомбинациясы кезінде пайда болатын рекомбинациялық сәулелену жолақтарының төрт түрі жасалады 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 4 4(𝑐) 4 4(б) 4 𝑆𝑂− және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− (𝐵𝑖3+) орталықішілік ауысулар 𝐵𝑖2+ (2𝑝3/2 − 2𝑝1/2). 4(а) 4 Алынған нәтижелердің жаңашылдығы мен маңыздылығын сипаттау: 1. 𝑀𝑛2+ және 𝑇𝑏3+ иондарымен белсендірілген 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 және 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 фосфаттарында алғаш рет 2.95 эВ және 3.1 эВ энергияларында индукцияланған рекомбинациялық сәулелену жолақтары анықталды, олар электронды күйлерде қозғалады энергетикалық деңгейлерден қозған аниондардан ( 𝑂2− − 𝑀𝑛2+) және матрицадағы іргелес иондарға ( 𝑂2− − (𝑃2𝑂7)4−), сондай-ақ 77 К және 15 К температурада матрица иондары мен қоспалары бар бос электрондарды ұстау кезінде. 2. Фосфаттарда 2.95 эВ және 3.1 эВ кезінде жаңадан құрылған рекомбинациялық сәулеленудің қозу спектрлерін өлшеу негізінде сәулелену деректері меншікті (𝑃2𝑂7)5− − (𝑃2𝑂7)3− және (𝑃𝑂4)4− − (𝑃𝑂4)3− тұратын 2 2 орталықтардың аралас электронды-сәулелену күйлерінің ыдырауы нәтижесінде пайда болатындығы көрсетілді және қоспалар 𝑀𝑛+ − (𝑃2𝑂7)3−, 𝑀𝑛+ − (𝑃𝑂4)3−, 𝑇𝑏2+ − (𝑃2𝑂7)3− және 𝑇𝑏2+ − (𝑃𝑂4)3− қармап алу орталықтары, 4.0 эВ және 4.5 эВ кезінде матрицаның мөлдірлігі саласында жергілікті энергетикалық деңгейлерде орналасқан. 3. 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 фосфорында энергиясы тыйым салынған аймақтың енінен асатын фотондармен қозған кезде 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂4 және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− 4 4 рекомбинациялық-сәулелену күйлерінен тұратын біріктірілген электронды- сәулелену күйлері пайда болады және ион сәулеленуі 𝐵𝑖2+ матрицаның өткізгіштік аймағының астында локолданады. 4. Сәулеленген 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖 фосфорында матрицаның іргелі спектрлік аймағында ауысуларына сәйкес келетін матрицаның әртүрлі кристаллографиялық бағыттарында орналасқан баламалы емес локализацияланған саңылаулары бар жергілікті күйлерден электрондардың рекомбинациясы кезінде пайда болатын рекомбинациялық сәулелену жолақтарының төрт түрі жасалады𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 𝑆𝑂− , 𝑆𝑂3− − 4 4(𝑐) 4 4(б) 4 𝑆𝑂− және 𝐵𝑖2+ − 𝑆𝑂− (𝐵𝑖3+), орталықішілік ауысулар 𝐵𝑖2+ (2𝑝3/2 − 2𝑝1/2). 4(а) 4 Жұмыстың ғылыми және практикалық маңызы. 𝑀𝑛2+, 𝑇𝑏3+ және 𝐵𝑖3+ иондарымен белсендірілген фосфаттар мен сульфаттар, мысалы 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 − 𝑀𝑛, 𝐶𝑎2𝑃2𝑂7 − 𝑇𝑏 және 𝐵𝑎𝑆𝑂4 − 𝐵𝑖, қатты күйдегі оптоэлектроникада, инфрақызыл бейнелеуде және дозиметрияда қолдану үшін перспективалы фосфорлар ретінде қызығушылық тудырады. Олардың люминесценттік қасиеттері меншікті және қоспалы электронды-кемтіктік қармау орталықтарын қамтитын аралас электронды – сәулелік күйлердің пайда болуына байланысты. Матрицадан қоспа эмитенттеріне энергия беру механизмдерін зерттеу сыртқы сәулеленудің әсерінен энергияның жинақталу және релаксация ерекшеліктерін анықтауға мүмкіндік берді. Бұл энергия алмасу және люминесценция өнімділігі, жоғары энергия тиімділігі және сезімталдығы жақсартылған жаңа материалдарды жасауға мүмкіндіктер ашады. Нәтижелер люминесцентті жабындарды, жарықдиодты көздерді, SWIR сенсорларын, сондай-ақ термолюминесцентті және фотолюминесцентті детекторлар мен жаңа буын дозиметрлерін жасауда пайдаланылуы мүмкін. Бұл жұмыстың басқа ғылыми-зерттеу жұмыстарымен байланысы. Диссертациялық жұмыс ҚР ҰӘҚ Ғылым комитетінің ғылыми зерттеулерді гранттық қаржыландыру жобасы аясында орындалды. Жобалар тақыраптары: AP23488657 «Матрицадан радиаторларға энергия беру үшін сульфаттар мен фосфаттардағы аралас сәулелену электрондық күйлері» (2024- 2026) тақырыбы бойынша орындалды. Өтініш берушінің жеке үлесі. Диссертациялық зерттеу жұмысы орындау барысында автор барлық эксперименттік жұмыстың кезеңінде белсене қатысып, алынған мәліметтерді өңдеуге және оларды интерпретациялау үдерістерін жүзеге асырды. Эксперименттік зерттеулер Л. Н. Гумилева атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Энергетика және функционалдық материалдар» зертханасында, ENULab базасында, сондай-ақ Вильнюс университетінің химия институтында (Вильнюс, Литва) орындалды. Жұмысты апробациясы. - 15-ші «Қатты дене физикасы» халықаралық ғылыми конференциясы, Астана, 2022 ж.; - ҚР ҰҒА корреспондент-мүшесі А. А. Алыбаковтың туғанына 90 жыл толуына арналған scorph-2023 радиациялық физика бойынша 13-ші есік-күл Халықаралық мектеп-конференциясы, Бішкек, 2023 ж.; - 6th International conference «сирек жер материалдары», Вильнюс, 20-23 қазан 2024 ж.; -Профессор С. В. Плотниковты еске алуға арналған «қатты дене физикасы» 16-шы Халықаралық ғылыми конференциясы, Өскемен, 4 сәуір 2025 ж. Жарияланған жұмыс нәтижелері. Диссертациялық жұмыс материалдары бойынша 7 ғылыми жұмыс жарияланды, оның ішінде: Web of Science және Scopus дерекқорына кіретін рецензияланатын ғылыми журналдарда 3 мақала, 4 халықаралық конференция материалдарында жарияланды. Жұмыс құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден, төрт бөлімнен, қорытындыдан және пайдаланылған дереккөздер тізімінен тұрады. Диссертациялық жұмыс көлемі 105 баспа бетін құрайды, оған 63 сурет, 6 кесте және 117 әдеби дереккөз кіреді.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://www.youtube.com/watch?v=7UMaxcYjNUo
