Защита диссертации Әлібай Темірұлан Талғатұлы на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D05323 - Техническая физика»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Әлібай Темірұлан Талғатұлы на тему «Влияние примесей на эффективность создания дефектов в сульфатах щелочных и щелочноземельных металлов» по специальности «8D05323 – Техническая физика».
Диссертация выполнена на кафедре «Технической физики» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Рецензенты:
Сагимбаева Шынар Жанузаковна - кандидат наук, доцент, Организация
Полисадова Елена Федоровна - доктор наук, профессор, Организация
Временные члены Диссертационного совета:
Бекмырза Кенжебатыр Жағыпарұлы - доктор философии(PhD), ассоциированный профессор, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, Преподаватель-исследователь
Баймуханов Зейн Кайрбекович - кандидат наук, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, Доцент (исполняющий обязанности)
Асылбаев Руслан Намысович - доктор философии(PhD), ассоциированный профессор, доцент
Сериков Тимур Маратович - доктор философии(PhD), ассоциированный профессор, доцент
Научные консультанты:
Нурахметов Турлыбек Нурахметович ¬– доктор физико-математических наук, профессор кафедры Технической физики ЕНУ имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан);
Бахтизин Рауф Загидович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры физической электроники и нанофизики Физико-технического института Уфимского университета науки и технологии (г. Уфа, Российская Федерация).
Защита состоится: 22 декабря 2023 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://clck.ru/36hy26
Адрес: Проведение заседания диссертационного совета планируется на платформе Microsoft Teams.
Аннотация (рус.): Актуальность работы. Влияние примесей на эффективность создания дефектов в сульфатах щелочных и щелочноземельных металлов является актуальным вопросом при исследовании дозиметрических люминофоров. Основной функцией термолюминесцентных люминофоров является накопление радиационных дефектов, количество которых пропорционально поглощенной дозе. Сульфаты щелочноземельных металлов, активированные редкоземельными ионами, являются коммерческими дозиметрическими люминофорами. Термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) должны иметь высокую чувствительность к внешним электромагнитным излучениям, линейную зависимость интенсивности термолюминесценции от накопленных дефектов, т.е. пропорциональной поглощенной дозе. Для увеличения чувствительности люминофоров, дозиметрических кристаллов, керамик или порошков применяются различные технологические приемы, такие как отжиг до высоких температур с градиентом, введение примесей для создания катионных или анионных вакансии, которые стабилизируют электронные и дырочные центры захвата до необходимых температур. В действующих дозиметрических материалах катионы двухвалентные, например 〖CaSO〗_4, 〖BaSO〗_4, 〖SrSO〗_4. При введении трехвалентных редкоземельных ионов, для компенсации заряда матрицы создаются катионные вакансии. Катионные вакансии, созданные в этих процессах, играют особую роль при стабилизации создающихся во время облучения электронных и дырочных центров захвата. Таким образом редкоземельные ионы с наведенной катионной вакансией действуют как стабилизаторы электронно-дырочных центров захвата. Помимо этого, редкоземельные ионы являются излучателями во время процесса считывания дозиметрической информации. Сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов, активированные редкоземельными примесями, в некоторых случаях используются как источники излучений в люминофорах. Например, сульфаты, активированные примесями 〖Mn〗^(2+) совместно с другими соактиваторами, используются как люминофоры в люминесцентных источниках дневного освещения. Во многих случаях соактиваторы используются как сенсибилизаторы для передачи энергии от электронных возбуждений матрицы к излучателям, то есть примесям. В некоторых случаях 〖Mn〗^(2+) используется для визуализации объектов в невидимой области спектра. Как известно, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов являются анизотропными кристаллами. При введении примеси 〖Mn〗^(2+) в анизотропные кристаллы, спектр излучения наблюдается в широких спектральных интервалах, в зависимости от расположения примеси в решетке относительно кристаллографических направлений. Поэтому, в спектрах возбуждения примесного излучения иона 〖Mn〗^(2+) наблюдается несколько полос в зависимости от расположения иона в решетке матрицы. В сульфатах щелочноземельных и щелочных металлов, активированных ионами 〖Mn〗^(2+)во время облучения, создаются электронно-дырочные центры захвата, которые применяются как детекторы и люминофоры. В диссертационной работе исследуются процесс создания примесных электронных и дырочных центров захвата в люминофорах, активированных примесями 〖Mn〗^(2+). Сульфаты, активированные примесями 〖Mn〗^(2+), исследуются как модельные системы для изучения процессов (механизмов) передачи энергии к примесям в действующих дозиметрических кристаллах 〖CaSO〗_4 и 〖BaSO〗_4. Цель диссертационного исследования. Целью диссертационной работы является исследование природы собственного излучения и механизмов формирования электронно-дырочных центров захвата в сульфатах щелочных и щелочноземельных металлов 〖Na〗_2 〖SO〗_4, 〖Li〗_2 〖SO〗_4, 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn, 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy, 〖BaSO〗_4-Mn и 〖СaSO〗_4-Mn. Задачи исследования: Определить механизмы формирования электронно-дырочных центров захвата в 〖Li〗_2 〖SO〗_4, 〖Na〗_2 〖SO〗_4 на основе измерения спектров возбуждения рекомбинационных излучений 3,0-3,1 эВ, 2,6-2,7 эВ и 2,3-2,4 эВ. Исследовать излучательный распад центров захвата в 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn, 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy на основе измерения спектра возбуждения рекомбинационного и примесного излучения. Исследовать механизм переноса заряда от матрицы к примеси, осуществляющихся в результате возбуждения анионного комплекса в 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy и 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn. Изучить механизм создания электронного центра захвата, возникающий в результате переноса заряда от матрицы к примесям в 〖CaSO〗_4-Mn и 〖BaSO〗_4-Mn. Исследовать температурную зависимость рекомбинационного и примесного излучений в 〖СaSO〗_4-Mn и 〖BaSO〗_4-Mn. Изучить механизмы образования комбинированного излучательного состояния из рекомбинационного и примесного излучательных состояний центров захвата. Объектами исследования являются кристаллы и особо чистые порошки сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов; 〖Na〗_2 〖SO〗_4, 〖Li〗_2 〖SO〗_4, 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn, 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy, 〖BaSO〗_4-Mn и 〖СaSO〗_4-Mn. Методы исследования. Изучение объектов проводились методами оптической и термоактивационной спектроскопии при возбуждении фотонами с энергией от 4 эВ до 12 эВ при 15÷300 К, где создаются свободные электронно-дырочные пары. Кристаллическая структура объектов исследована на энергодисперсионном рентгеноструктурном анализаторе и на многофункциональном рентгеновском дифрактометре. Основные положения, выносимые на защиту: Длинноволновые рекомбинационные излучения 3,0-3,1 эВ и 2,6-2,7 эВ в кристаллах 〖Li〗_2 〖SO〗_4 и 〖Na〗_2 〖SO〗_4 возбуждаются при энергиях фотонов 3,95-4,0 эВ и 4,45-4,5 эВ. Эта величина соответствует энергии возбуждения между локальными состояниями наведенных электронных и дырочных центров захвата 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^-. В 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn и 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy процесс передачи энергии от матрицы к примесям осуществляется в момент переноса заряда (O^(2-)-〖Mn〗^(2+)и O^(2-)-〖Dy〗^(2+)) от возбужденного анионного комплекса к примесям. В результате образуются примесные и собственные электронные центры захвата 〖Mn〗^+-〖SO〗_4^-и 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^-. Электронно-дырочные центры захвата создаются в результате переноса заряда от возбужденного анионного комплекса (O^(2-)-〖SO〗_4^(2-)) к соседнему аниону или при захвате свободного электрона анионным комплексом 〖SO〗_4^(2-)в кристаллах 〖CaSO〗_4 и порошках 〖BaSO〗_4. В люминофорах 〖CaSO〗_4-Mn и 〖BaSO〗_4-Mn энергия от матрицы к примесям передается в момент переноса заряда от возбужденного анионного комплекса к комбинированному излучательному электронному состоянию 2,95-3,15 эВ, образованного из излучательных электронных состояний центров захвата 〖Mn〗^+-〖SO〗_4^- и 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^-. Описание основных результатов. При выполнении диссертационной работы получены научные результаты, позволившие решить научную задачу, которая заключалась в следующем: идентифицирование электронных переходов из подзоны валентной зоны в зону проводимости в кристаллах 〖Na〗_2 〖SO〗_4, 〖Li〗_2 〖SO〗_4; измерение спектров возбуждения собственного излучения 〖Na〗_2 〖SO〗_4,〖〖Li〗_2 〖SO〗_4,BaSO〗_4 и 〖СaSO〗_4; передача энергии собственными электронными возбуждениями кристаллов 〖Na〗_2 〖SO〗_4,〖BaSO〗_4 и 〖СaSO〗_4 примесям 〖Mn〗^(2+) в этих матрицах; создание примесных 〖Mn〗^+-〖SO〗_4^- и собственных 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^- электронных центров захвата при возбуждении в фундаментальной области кристалла, где создаются свободные электронно-дырочные пары; на основе измерения спектров возбуждения длинноволновых рекомбинационных излучений при 3,0-3,1 эВ, 2,6-2,7 эВ, определены энергии между электронно-дырочными центрами захвата. Описание новизны и важности полученных результатов: На основе измерения спектров возбуждения длинноволновых рекомбинационных излучений при 3,0-3,1 эВ и 2,6-2,7 эВ в кристаллах 〖Li〗_2 〖SO〗_4 и 〖Na〗_2 〖SO〗_4 показаны, что эти полосы возбуждаются при энергиях фотона 3,95-4,0 эВ и 4,45-4,52 эВ. Величина этой энергии соответствует энергии возбуждения между локальными состояниями наведенных электронных и дырочных центров захвата 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^-. Впервые показано, что в 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn и 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Dy передача энергии от основы к примесям осуществляется в момент переноса заряда от возбужденного анионного комплекса 〖SO〗_4^(2-) к O^(2-)-〖Mn〗^(2+) и O^(2-)-〖Dy〗^(3+). В результате образуются примесные электронные центры захвата 〖Mn〗^+-〖SO〗_4^- и 〖Dy〗^(2+)-〖SO〗_4^-. Показали, что в 〖СaSO〗_4 и 〖BaSO〗_4 электронно-дырочные центры захвата 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^- создаются в результате переноса заряда от возбужденного анионного комплекса (O^(2-)-〖SO〗_4^(2-)) к соседнему аниону или при захвате электрона анионным комплексом 〖SO〗_4^(2-). Показано, что в люминофорах 〖СaSO〗_4-Mn и 〖BaSO〗_4-Mn энергия от матрицы к примесям передается в момент переноса заряда от возбужденного анионного комплекса к комбинированному излучательному электронному состоянию 2,95-3,15 эВ образованного из электронных излучательных состояний центров захвата 〖Mn〗^+-〖SO〗_4^- и 〖SO〗_4^(3-)-〖SO〗_4^-. Собственное рекомбинационное излучение при 2,95-3,1 эВ и примесное излучение при 1,85 эВ возбуждаются в одних и тех же интервалах энергии и распадаются при температурах 130-150 К и 280-350 К. Излучательные электронные состояния примесей 〖Tl〗^0,〖Cu〗^0,〖Mn〗^+ в матрицах сульфатов при 3,0-3,15 эВ занимают аналогичные энергетические уровни, что и собственные электронные центры захвата при 3,0-3,15 эВ. Экспериментально показано, что в облученных люминофорах во время облучения УФ фотонами анионные комплексы возбуждаются вблизи примесей. Научная и практическая ценность работы. Сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов 〖Na〗_2 〖SO〗_4-Mn, 〖BaSO〗_4-Mn и 〖СaSO〗_4-Mn активированные примесями применяются как элементная база дозиметров, детекторов и люминофоров. Физические процессы, протекающие в таких устройствах, связаны с образованием электронно-дырочных центров захвата и передачей энергии от матрицы к примесям. Чувствительность этих устройств зависит от эффективности взаимодействия внешних излучений с наведенными центрами захвата. Исследование механизмов создания и стабилизации электронно-дырочных центров захвата дает возможность улучшить многие параметры действующих устройств. Связь данной работы с другими научно-исследовательскими работами. Диссертационная работа выполнена в рамках проекта грантового финансирования научных исследований Комитета науки МОН РК по теме: ИРН №AP09259303 «Собственная рекомбинационная люминесценция и создание электронно-дырочных центров захвата в облученных сульфатах щелочных и щелочноземельных металлов» (2021-2023 гг.). Личный вклад автора. В процессе выполнения диссертационной работы автор принимал непосредственное участие во всех экспериментальных работах, обработке полученных данных и их интерпретации. Работа выполнена в научной лаборатории «Энергетики и функциональных материалов» Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева и лаборатории «Рентгеноструктурного анализа» физико-технического института Башкирского государственного университета. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях: 6th International Conference on the Physics of Optical Materials and Devices (ICOM 2022), (Белград, 2022); 12-й международной научной конференции студентов и молодых ученых «Наука и образование 2021» (Нур-Султан, 2021); 7th International Congress «Energy Fluxes and Radiation Effects» (EFRE-2020 online), (Томск, 2020). Опубликованные результаты работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, из них: 2 статья в рецензируемом научном журнале, входящем в базу данных Web of Science и Scopus; 3 статьи в журналах, входящих в перечень, рекомендуемый КОКСНВО МНиВО РК; 3 публикации в материалах международных конференций. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников. Объем диссертационной работы составляет 90 машинописных страниц, включает 58 рисунков, 5 таблиц и 115 литературных источников. Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, личный вклад автора, связь диссертационной работы с другими научно-исследовательскими работами, описана методическая база исследований. Первый раздел содержит обзор литературы по теме диссертации. Рассмотрены влияние примесей на структуру и люминесцентные характеристики сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов с примесями; термостимулированная люминесценция и оптическая стимулированная люминесценция сульфатов щелочноземельных металлов; исследование электронных структур молекул 〖SO〗_4 и фазовые переходы в сульфатах щелочноземельных металлов. Во втором разделе представлены исследуемые объекты и методы получения объектов исследования - сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов, а также спектроскопические методы исследования объектов исследования. В третьем разделе обсуждаются экспериментальные результаты исследований механизмов образования собственных электронно-дырочных центров захвата в сульфатах щелочных металлов. В четвертом разделе для сульфатов щелочноземельных металлов показаны механизмы создания и структура электронно-дырочных центров захвата. Исследована взаимосвязь между собственными и примесными центрами захвата. Исследовано образование комбинированного излучательного состояния для передачи энергии от матрицы к примесям. В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://clck.ru/37KZPY
