В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Бақытқызы Айзат на тему «Низкотемпературная люминесценция ионно-облученных монокристаллов оксида галлия» по образовательной программе «8D05323 – Техническая физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Технической физики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Кисабекова Асемгуль Агибаевна – доктор философии (PhD), ассоциированный профессор, руководитель образовательной программы «Математика и физика», НАО «Павлодарский педагогический университет имени Әлкей Марғұлан», г. Павлодар, Республика Казахстан;
Балтабеков Асхат Секербаевич – кандидат физико-математических наук, PhD, заместитель декана по научной работе, ассоциированный профессор кафедры физики и нанотехнологий Карагандинского национального исследовательского университета им. академика Е.А. Букетова, г. Караганда, Республика Казахстан.
Временные члены Диссертационного совета:
Шункеев Куанышбек Шункеевич – доктор физико-математических наук, профессор, Директор научного центра «Радиационная физика материалов» Актюбинского регионального университета имени К. Жубанова, г. Актобе, Республика Казахстан;
Ногай Адольф Сергеевич – доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Радиотехники, электроники и телекоммуникации» Казахского агротехнического исследовательского университета имени С. Сейфуллина, Астана, Республика Казахстан;
– Қайнарбай Асет Жұмабекұлы – кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор кафедры «Техническая физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан.
Научные консультанты:
Даулетбекова Алма Кабдиновна – к.ф.-м.н., профессор кафедры «Техническая физика» ЕНУ имени Л.Н. Гумилева
Попов Анатолий Иванович – доктор физики, PhD, профессор, Университет Латвии, ведущий научный сотрудник Института физики твердого тела, г. Рига, Латвия
Защита состоится: 22 мая 2026 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05323 – Техническая физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: https://share.kz/g3ksV
Адрес: Астана қаласы, Қажымұқан көшесі, 13, № 310 аудиторияда
Аннотация (рус.): Актуальность исследований β-Ga2O3 под действием ионного облучения обусловлена перспективами его применения в радиационно-стойких оптоэлектронных устройствах, сцинтилляторах и детекторах излучения, эксплуатируемых в условиях космической радиации, ускорительных комплексов и ядерных установок. Несмотря на наличие значительного числа работ, посвящённых электрическим и структурным свойствам β-Ga2O3, систематические исследования низкотемпературной люминесценции монокристаллов после облучения тяжёлыми ионами остаются ограниченными. В связи с этим изучение влияния ионного облучения с различным соотношением электронных и ядерных потерь энергии на спектральные и кинетические характеристики собственной люминесценции β-Ga2O3 представляет собой важную фундаментальную задачу, имеющую прямое значение для оценки радиационной стойкости материала и прогнозирования его поведения в реальных условиях эксплуатации. Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является проведение комплексной люминесцентной характеризации исходных монокристаллов β-Ga2O3, установление закономерностей влияния облучения ионами азота и ксенона различных энергий на их люминесцентные и структурные свойства, а также демонстрация возможности синтеза керамики оксида галлия методом мощного электронно-лучевого воздействия. Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи. 1. Исследовать спектральный состав и температурную эволюцию низкотемпературной фотолюминесценции монокристаллов β-Ga2O3 с целью идентификации доминирующих излучательных центров и механизмов рекомбинации. 2. Установить влияние ионного облучения ионами азота с энергией 24,5 МэВ на оптическое поглощение, люминесцентные характеристики и кинетику затухания фотолюминесценции β-Ga2O3 в широком диапазоне флюенсов. 3. Проанализировать структурные и люминесцентные изменения в монокристаллах β-Ga2O3, индуцированные облучением быстрыми тяжёлыми ионами ксенона с энергией 231 МэВ, с выявлением особенностей радиационно-индуцированных дефектных состояний. 4. Установить корреляцию между параметрами радиационного воздействия, типом формируемых дефектов и изменением механизмов излучательной рекомбинации на основе комплексного анализа спектров возбуждения и временных характеристик люминесценции. 5. Реализовать синтез керамики β-Ga2O3 методом мощного электронно-лучевого воздействия и исследовать её структурные и люминесцентные свойства в сопоставлении с монокристаллическими образцами. Положения, выносимые на защиту. 1. Температурная эволюция фотолюминесценции β-Ga2O3 определяется конкуренцией собственных излучательных центров и сильным электрон-фононным взаимодействием экситоноподобных и донорно-акцепторных состояний; нагрев сопровождается перераспределением вкладов полос и двухступенчатым термическим тушением. 2. Сокращение времён затухания и трансформация спектров возбуждения при повышении температуры обусловлены активацией безызлучательных каналов и изменением эффективности межзонного возбуждения, что приводит к согласованной перестройке кинетических и спектральных характеристик. 3. Облучение β-Ga2O3 ионами азота (24,5 МэВ) вызывает накопление радиационных дефектов, пропорциональное флюенсу, которое проявляется в подавление люминесценции за счет безызлучательных каналов рекомбинации при сохранении спектральных характеристик основных центров свечения. 4. Облучение β-Ga2O3 быстрыми ионами Xe (231 МэВ) вызывает структурное разупорядочение и частичную аморфизацию решетки в области треков и формированию дефектных состояний, ответственных за интенсивную зелёную люминесценцию, связанную с изолированными вакансиями галлия. 5. Электронно-лучевой метод обеспечивает высокоскоростной синтез моноклинной керамики β-Ga2O3; последующий отжиг при 1000 °C восстанавливает стехиометрию и повышает структурное совершенство материала. Научная новизна. 1. Впервые предложена и экспериментально верифицирована модифицированная модель температурного тушения люминесценции оксида галлия β-Ga2O3, учитывающая не только каналы безызлучательной рекомбинации, но и процесс термической подпитки излучательных уровней за счёт освобождения носителей заряда из мелких ловушек. Использование данной модели позволило объяснить аномальный рост интенсивности синей полосы люминесценции в области промежуточных температур. 2. Установлена критическая температура порядка 140 К, соответствующая переходу от механизмов рекомбинации, характерных для слабо локализованных состояний экситонной природы, к процессам рекомбинации с участием глубоких дефектных уровней. Показано, что данный переход сопровождается изменением параметров электрон-фононного взаимодействия. 3. Установлена зависимость оптических характеристик β-Ga₂O₃ от флюенса облучения ионами азота с энергией 24,5 МэВ. Показано, что увеличение флюенса приводит к снижению световыхода рентгенолюминесценции на 20–40 %, появлению подзонного оптического поглощения в области 3,5–4,5 эВ, а также к перераспределению интенсивности спектров возбуждения в вакуумно-ультрафиолетовой области, проявляющемуся в ослаблении экситонных максимумов и размывании края межзонного возбуждения. 4. Впервые обнаружены специфические низкоэнергетические полосы люминесценции в зелёной и красной областях спектра в кристаллах β-Ga2O3, возникающие исключительно под воздействием высокоэнергетических ионов ксенона с энергией 231 МэВ. Предложена их интерпретация, связывающая данные полосы с образованием мультивакансионных дефектных комплексов в треках тяжёлых ионов. 5. Впервые продемонстрирована принципиальная возможность и высокая эффективность одностадийного синтеза фазово-чистой керамики β-Ga2O3 под действием мощного пучка ускоренных электронов, что открывает перспективы создания экспресс-метода получения тугоплавких оксидных функциональных материалов. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам. Диссертационное исследование полностью соответствует приоритетам научного и технологического развития, обозначенным в Республике Казахстан, и отвечает актуальным задачам, стоящим перед национальной системой науки и инноваций. Полученные в работе результаты характеризуются высокой научной значимостью, оригинальностью и обоснованностью, формируя логически завершённую совокупность выводов, которая вносит заметный вклад в развитие соответствующих направлений современной науки. Представленные экспериментальные и аналитические данные углубляют фундаментальные представления об исследуемых процессах и одновременно открывают возможности для формирования новых методологических подходов и исследовательских стратегий в данной области. Диссертационная работа выполнена в рамках реализации двух проектов грантового финансирования МВОН РК: AP14870696 «Новые керамические соединения на основе оксида галлия с повышенной радиационной стойкостью и улучшенными оптоэлектронными свойствами» (2022–2024 гг.) и AP23488995 «Новые диэлектрические функциональные материалы – Теоретический и экспериментальный анализ» (2024–2026 гг.). Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации. Результаты, представленные в диссертации, получены непосредственно автором, а также в ходе совместной научной работы с сотрудниками кафедры технической физики Евразийского национального университета имени Л. Н. Гумилёва и Института физики твёрдого тела Латвийского университета. Значительная доля экспериментальных исследований, а также интерпретация и обсуждение полученных данных выполнялись при активном участии научных консультантов – профессора Попова Анатолия Ивановича и профессора Даулетбековой Алмы Кабдиновны. Кроме того, эксперименты с возбуждением в вакуумно-ультрафиолетовой области спектра были реализованы с использованием инфраструктуры ведущих международных научных центров: Немецкого электронного синхротрона DESY (Гамбург, Германия) на накопительном кольце PETRA III, на канале временно-разрешённой люминесценции P66, а также синхротронного источника MAX IV Лундского университета на канале FinEstBeAMS. Применение высокоинтенсивных пучков ВУФ-излучения обеспечило получение уникальных экспериментальных данных, что существенно углубило научное содержание диссертации и позволило достичь высокой точности спектроскопических измерений. Cтруктура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 107 страниц. Текст диссертации проиллюстрирован 48 рисунками и содержит 7 таблиц. Библиографический список включает 131 наименований
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=A_XKGJkFW0A
