Центры свечения (центры люминесценции) - элементарные или составные образования в веществе, к-рые испускают
кванты люминесцентного излучения (см. Люминесценция ).Ц. с. могут служить
отд. атомы, ионы, молекулы, их агрегаты - ассоциаты и кластеры, а также собств.
дефекты кристаллич. структуры (напр., вакансии регулярных узлов). Понятие о
Ц. с. как об элементарном излучателе, возникшее ещё до формирования квантовомеханич.
представлений, претерпело значит. эволюцию, и в настоящее время очевидна его
нек-рая условность, тем не менее его широко используют в научной литературе.
Микроструктура Ц. с. во многом определяет спектральные, энергетич., инерц.,
поляризац. и др. свойства люминесцентного излучения.
В зависимости от области
локализации волновых функций оптически активных электронов (т. е. электронов,
ответственных за излучат. переходы) различают Ц. с. малого и большого радиуса.
В первом случае наличие соседних атомов или молекул слабо сказывается на структуре
уровней энергии Ц. с. и соответственно спектрах и вероятностях излучат. переходов.
В кристаллофосфорах такими центрами могут служить трёхвалентные ионы редкоземельных
элементов, к-рые используются в качестве активаторов в люминофорах разл. назначения
(фото-, като-до- и электролюминофорах, в лазерных кристаллах и стёклах и т.
д.). Положение максимумов полос испускания этих ионов испытывает лишь слабый
сдвиг (~100- 300 см-1) в разл. кристаллич. решётках, стёклах и растворах.
Одни и те же ионы в кристаллич. матрицах могут создавать неск. сортов Ц. с.
разл. симметрии с заметно различающейся штарковской структурой уровней энергии,
а также поляризацией излучения. Для внедрения в кристалл активатора иной валентности
(гетеровалентное замещение) часто вводят дополнит. примесь - соактиватор, с
помощью к-рого компенсируется заряд (напр., щелочные металлы Na и К при замещении
редкоземельными ионами двухвалентных катионов кристалла Са, Mg, Ba и т. д.).
Оптимальная концентрация таких центров составляет от 10-2 до
1 %, в нек-рых случаях она может доходить до 10 и более процентов и даже до
полного замещения катионов решётки. Однако для люминофоров с высокой концентрацией
активатора требуется особая чистота исходного сырья по отношению к др. примесям,
создающим центры тушения (см. Тушение люминесценции)с высокой вероятностью
безызлучательных переходов. В нек-рых люминофорах и лазерных кристаллах для
получения необходимых спектральных и иных характеристик люминесцентного излучения
специально вводят Ц. с. неск. сортов, в т. ч. эффективно взаимодействующих друг
с другом (за счёт переноса заряда или резонансной миграции энергии).
В формировании Ц. с. большого
радиуса активно участвуют мн. соседние атомы, ионы или молекулы осн. вещества
и даже весь кристалл в целом. Типичными примерами таких центров служат изовалентные
примеси Р, As, Sb в элементарных полупроводниках Ge, Si или полупроводниковых
соединениях группы AIII BV. Для описания свойств их излучения применяют водородоподобную
(или гелиеподобную) модель Ц. с. с учётом эфф. массы локализованного носителя
заряда и диэлектрич. проницаемости среды.
Во мн. случаях реализуется
промежуточный случай Ц. с. ср. радиуса, представляющий наиб. трудности для идентификации
их строения и теоретич. расчётов энергетич. структуры. Такого типа центры образуются,
напр., в типичных кристаллофосфорах на основе широкозонных полупроводниковых
соединений группы АII BV (напр., ZnS), легированных ионами тяжёлых металлов
(Ag, Сu, Аu). В состав этих центров могут входить собств. дефекты кристаллич.
структуры и соактивирующие примеси, образующие в нек-рых случаях донорно-акцепторные
пары. Для формирования определ. Ц. с. требуется строго выдерживать заданные
условия синтеза (температуру и длительность прокалки, скорость охлаждения, вакуумирование
или давление активирующих паров и т. д.).
Особую группу Ц. с. образуют сложные многоатомные молекулы, напр. молекулы красителей в разл. растворах или молекулы живых организмов. В бесструктурных и относительно широких полосах испускания и поглощения этих центров проявляются общие статистич. закономерности, в нек-ром отношении аналогичные законам теплового излучения (в частности, Степанова универсальное соотношение). Для описания их спектров используют т. н. конфигурац. модель возбуждённых и основных уровней энергии Ц. с. Аналогичную модель с той или иной степенью обоснованности и точности используют для описания и нек-рых др. Ц. с., напр. образованных ионами Т1 в КС1 и др. щёлочно-галоидных кристаллах.
|
|
 |
