![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
1 Исследование с применением синхротронного излучения оптических и люминесцентных характеристик перспективных сцинтилляторов, люминофоров и наноструктурированных систем. 2 Исследование линейных и нелинейных искажений в когерентных многоканальных системах связи со спектральным мультиплексированием. 3 Исследование изменения характеристик светодиодов на основе нитрида галлия при длительной работе и возможностей улучшения светопередачи и цветопередачи
1 Investigation using synchrotron radiation of optical and luminescent properties of novel promissing scintillators, phosphors and nanostructured systems.
Получение экспериментальных данных по процессам передачи энергии центрам свечения в твердых растворах ванадатов, оценка возможности повышения квантового выхода и энергетического разрешения. Построение модели, описывающей влияние обогащения фононного спектра на характеристики сцинтилляторов на основе смешанных кристаллов. Будет измерена зависимость мощности нелинейного шума от мощности сигнала, накопленной дисперсии и коэффициента дисперсии волокна а также от плотности расположения спектральных каналов Будет проведено совершенствование модели излучательной рекомбинации в светодиодах на основе нитрида галлия и люминофора
Работы в области исследования релаксации электронных возбуждений в диэлектрических кристаллах при их возбуждении фотонами с энергией в области фундаментального поглощения и ионизирующим излучением ведутся коллективом уже более 40 лет. Основные экспериментальным методом является люминесцентная спектроскопия при возбуждении синхротронным излучением с энергией фотонов в области вакуумного ультрафиолета, ультрамягкого и мягкого рентгена, а также фотоэлектронная спектроскопия, EXAFS и рентгеновская дифракция. Группа исполнителя проекта находится на мировом уровне в области теоретических и экспериментальных исследований релаксации высокоэнергетических излучений, создаваемых ионизирующим излучением в твердых телах. Особенности спектров возбуждения и существенно неэкспоненциальные кинетики затухания люминесценции при высокоэнергетическом возбуждении диэлектрических кристаллов были объяснены взаимодействием электронных возбуждений в областях с высокой локальной плотностью таких возбуждений, создаваемых при релаксации первичных электронных возбуждений. Группой исполнителя были впервые решены многие методические вопросы получения из спекторов возбуждения информации о структуре коэффициента поглощения, экспериментальных порогах размножения электронных возбуждений, взаимодействия группы электронных возбуждений, создаваемых одним фотоном. В последние годы основное внимание уделялось исследованию взаимодействия электронных возбуждений в областях высокой плотности, что позволило, в частности, объяснить непропорциональность сцинтилляционного выхода. Коллектив исполнителей, также, более 10 лет занимается исследованиями характера искажений оптических сигналов в волоконно-оптических системах связи. Разработаны оригинальные методы экспериментальных исследований линейных и нелинейных искажений в высокоскоростных когерентных линиях связи. Также разработаны оригинальные спектроскопические методы исследования характеристик полупроводниковых гетероструктур.
за 2019 г. Для сцинтилляционных материалов на основе твердых растворов замещения ZnWO4:Mo, Gd3(AlxGa1-x)5O12:Ce, Lu2xGd2−2xSiO5:Ce и YxLu1-xBO3 исследована кинетика люминесценции перспективных сцинтилляторов в области фотонного умножения и остовных переходов. Сформулированы первые принципы модели, описывающей влияние кластеризации возбуждений на характеристики сцинтилляторов. Для кремниевых нанонитей при исследовании спектров возбуждения люминесценции в широком спектральном диапазоне обнаружен аномальный рост квантового выхода в области энергий 3 –20эВ, аналогичный наблюдавшемуся для ансамблей наночастиц кремния в матрицах SiO2. Исследовано влияние линейных искажений оптических сигналов и возможность их компенсации в системах связи с прямым детектированием, в системах связи с дифференциальным приемом и в когерентных системах связи. Проведено исследование характера накопления нелинейных искажений в когерентных системах связи без оптической компенсации дисперсии. Определена максимальная длина однопролетных и многопролетных линий связи при использовании различных типов модуляции и детектирования 4.4. Анализ исследований характеристик светодиодов и светодиодных модулей белого цвета свечения с повышенной световой отдачей и повышенным индексом цветопередачи позволил расчширить предположения о механизмах свечения и методах технологического улучшения характеристик белых светодиодов. Результаты 2016 года 4.1. Методом твердофазного синтеза изготовлена серия чистых и активированных Eu3+ кристаллофосфоров состава LuxY1-xVO4, исследована их структура. Формирование твердых растворов замещения подтверждено линейным уменьшением параметров кристаллической решетки и линейным сдвигом частот рамановских мод с изменением х. Определена ширина запрещенной зоны, составившая 3,5 – 3,6 эВ, определяемая состояниями оксианиона. Показано, что люминесценция автолокализованного экситона потушена при комнатной температуре. Выход люминесценции автолокализованных экситонов нелинейно зависит от x, максимум приходится на x = 0,7. Рост выхода активаторной люминесценции объяснен уменьшением длины термализации в кристаллофосфорах с промежуточным значением x. 4.2. Методом рентгеновской рефлектометрии исследовано перемешивание слоев в сверхрешетках, образованных чередующимися слоями толщиной от 1, 5 до 5 нм состава SiOx/Si3N4, и SiNx/Si3N4,определены минимальные толщины барьерных слоев, при которых перемешивание не происходит. 4.3. Исследован характер проявления и накопления нелинейных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических системах связи с когерентным детектированием. Установлено, что в многопролетных линиях связи без компенсации хроматической дисперсии нелинейные искажения проявляются в виде нелинейного интерференционного шума. Предложена модель, обобщающая модель аддитивного белого гауссового шума и учитывающая корреляцию шумов от различных пролетов. Измерены нелинейные коэффициенты оптических волокон в однопролетных линиях. 4.4. Исследованы изменения характеристик белых светодиодов на основе гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов, покрытых люминофором на основе аллюмо-иттриевого граната при длительном протекании тока. Показано, что световой поток светодиодов значительно снижается со временем. На основе экспериментальных исследований старения высказаны предположения о возможных причинах изменения характеристик светодиодов при длительной работе. Было установлено, что процессы деградации протекают в кристалле и люминофоре неравномерно, был рассчитан и экспериментально подтверждён коэффициент деградации для белых светодиодов и предложена модель старения светодиодов. Исследованы спектры электролюминесценции p-n-гетероструктур типа InGaN/AlGaN/GaN ультрафиолетового, фиолетового и синего спектрального диапазона в широком диапазоне токов. Показано, что спектры излучения имеют основную полосу с максимумами в области длин волн от 380 нм до 455 нм, что соответствует диапазону энергии от 3,18 эВ до 2,72 эВ. Форма основных спектральных полос проанализирована на основе модели двумерных структур с «хвостами» плотности состояний в валентной зоне и зоне проводимости, анализ позволил оценить нагрев активной области структур при больших токах. Кроме основных полос в спектрах некоторых образцов были обнаружены дополнительные спектральные полосы в видимой области с энергией от 2,22 эВ до 2,15 эВ, положение максимума которых изменялось в соответствии с максимумом основной полосы, а их интенсивность увеличивалась при продвижении в коротковолновую область. Возможной причиной этих полос предполагается излучательная рекомбинация на глубоких уровнях вблизи активной области. 4.5. Проведен анализ влияния радиационных повреждений на микроструктуру пиролитических графитов. Исследовано влияние микродугового оксидирования на прочностные характеристики алюминиевых сплавов.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
9 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Для сцинтилляционных материалов на основе твердых растворов замещения ZnWO4:Mo, Gd3(AlxGa1-x)5O12:Ce, Lu2xGd2−2xSiO5:Ce и YxLu1-xBO3 исследована кинетика люминесценции перспективных сцинтилляторов в области фотонного умножения и остовных переходов. Сформулированы первые принципы модели, описывающей влияние кластеризации возбуждений на характеристики сцинтилляторов. 4.2. Для кремниевых нанонитей при исследовании спектров возбуждения люминесценции в широком спектральном диапазоне обнаружен аномальный рост квантового выхода в области энергий 3 –20эВ, аналогичный наблюдавшемуся для ансамблей наночастиц кремния в матрицах SiO2. 4.3. Исследовано влияние линейных искажений оптических сигналов и возможность их компенсации в системах связи с прямым детектированием, в системах связи с дифференциальным приемом и в когерентных системах связи. Проведено исследование характера накопления нелинейных искажений в когерентных системах связи без оптической компенсации дисперсии. Определена максимальная длина однопролетных и многопролетных линий связи при использовании различных типов модуляции и детектирования 4.4. Анализ исследований характеристик светодиодов и светодиодных модулей белого цвета свечения с повышенной световой отдачей и повышенным индексом цветопередачи позволил расчширить предположения о механизмах свечения и методах технологического улучшения характеристик белых светодиодов. | ||
10 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Для твердого раствора замещения LuxY1-xPO4 исследованы возможности инжиниринга электронной структуры путем замены катиона. Рост ширины запрещенной зоны с увеличением x зарегистрирован спектроскопическими методами и подтвержден расчетами ab-initio. Изменение энергетического положения зоны проводимости регистрировалось методами ТСЛ при создании электронных ловушек ионами Ce3+, а валентной зоны – по положению пиков ТСЛ дырочных ловушек, создаваемых в исследованных соединениях при активировании Eu3+. Показано, что замена катиона вызывает расширение запрещенной зоны за счет сдвига дна зоны проводимости, потолок валентной зоны мало чувствителен к подобным изменением состава. 4.2. Для сверхрешеток, образованных чередующимися слоями SiOx/Si3N4 и SiNx/Si3N4 , образование нанокристаллов кремния после отжига в атмосфере азота впервые подтверждено методом рентгеновской дифракции при скользящем падении (GIXRD) с применением синхротронного излучения. 4.3. Дана оценка влияние линейных и нелинейных искажений оптических сигналов и возможность их компенсации в системах связи с когерентным детектированием и новыми форматами модуляции. проанализирован характер влияния нелинейных эффектов на качество работы когерентных волоконно-оптических систем связи. Измерена зависимость мощности нелинейного шума от мощности сигнала, 4.4. На основе экспериментальных исследований старения белых светодиодов на основе гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов, покрытых люминофором высказаны предположения о возможных причинах изменения характеристик светодиодов при длительной работе и предложена модель старения светодиодов. Продолжена работа над квантово-механической моделью рекомбинации носителей в активной области светодиодных гетероструктур на основе нитрида галлия и его твердых растворов, поведен расчет положения уровней размерного квантования в активной области в зависимости от ее состава (концентрации In)разработан макет программы для проведения расчета и численного моделирования. Начата работа над моделью выделения тепла и распределения температуры в светодиодной гетероструткуре при протекании тока. 4.5. Проведен анализ влияния радиационных повреждений на микроструктуру пиролитических графитов. Исследовано влияние микродугового оксидирования на прочностные характеристики алюминиевых сплавов. | ||
11 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: | ||
12 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: | ||
13 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Исследованы люминесцентные свойства композитных материалов, представляющих собой алмазные пленки с внедренными в них нанокристаллами фторидов европия и церия. На основе подобных композитов предполагается разработка детекторов для лазеров на свободных электронов и источников синхротронного излучения четвертого поколения. Показана перспективность материалов с нанокристаллами NaGdF4:Eu. 4.2. Исследовано влияния наноразмерных неоднородностей распределения вторичных возбуждений на выход свечения перспективных сцинтилляторов в области фотонного умножения и остовных уровней. Проанализированы вероятности рекомбинации электронных возбуждений в кластерах возбуждений различной плотности в диэлектрических сцинтилляционных кристаллах. Проанализированы причины кластеризации возбуждений в четырех принципиально различных по свойствам кристаллов – CsI, YAP, LiF и Ge. Показано, что в первых двух кристаллах может наблюдаться кластеризация возбуждений, а последние два характеризуются большими длинами термализации, и в них кластеризации возбуждений не происходит. 4.3. Исследован характер проявления и накопления нелинейных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических системах связи с когерентным детектированием и в системах связи с многоуровневыми форматами модуляции. Предложена расширенная модель нелинейного интерференционного шума, описывающая нелинейные искажения как аддитивный белый гауссово шум. Измерены коэффициенты нелинейных перекрестных искажений в гетерогенных волоконно-оптических линиях связи, позволяющие рассчитывать зависимости мощности нелинейного интерференционного шума от количества и плотности расположения спектральных каналов. Построена расчетная модель пропускной способности систем связи с когерентным детектированием при использовании распределенных ВКР усилителей. 4.4. Исследованы спектры электролюминесценции полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия и его твердых растворов ультрафиолетового, фиолетового и синего спектрального диапазона в широком интервале токов, а также спектров электроотражения, вольтамперных характеристик, мощности излучения и эффективности преобразования энергии в СД. Проведен анализ полученных результатов, позволивший оценить нагрев активной области структур при больших токах. Также в ходе исследований спектральных зависимостей показано, что сдвиг положения максимума с увеличением тока можно объяснить как изменением эффективной ширины запрещенной зоны с нагревом диодов, так и изменением положения квазиуровней Ферми в активной области. В спектрах коротковолновых образцов с максимумом излучения в фиолетовой области видимого спектра и в УФ диапазоне, были обнаружены дополнительные полосы в видимой области, положение максимума которых изменялось в соответствии с максимумом основной полосы, а их интенсивность увеличивалась при продвижении в коротковолновую область. Возникновение данных полос можно объяснить излучательной рекомбинацией на глубоких уровнях вблизи активной области. В спектрах электроотражения образцов наблюдаются пары линий в диапазоне значений энергии от 2,6 эВ до 3,4 эВ, разница между максимумами которых составляет примерно 120 мэВ. Данные линии синхронно сдвигается при изменении напряжения на p-n переходе, линия с более высокой энергией имеет большую интенсивность. Причинами возникновения данных линий может быть либо рекомбинация в активной области структуры, которая, предположительно, представляет собой множественную квантовую яму, либо проявлением второго уровня размерного квантования в одиночной квантовой яме. Предполагается продолжить исследования на серии образцов гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов с разным количеством квантовых ям в активной области для уточнения механизмов излучательной рекомбинации носителей. | ||
14 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Для твердых растворов ванадатов скандия и иттрия, активированных европием, исследована температурная зависимость собственной, примесной и дефектной люминесценции. Показано, что наибольшей температурной стабильностью обладает ванадат иттрия без скандия, делая его наиболее перспективным для применения в белых светодиодах. Исследования люминесцентных свойств композитных материалов с внедренными наночастицами диэлектриков, активированных редкоземельными элементами, в широком спектральном диапазоне от видимого до рентгена, продемонстрировали перспективность композита с наночастицами YAG-Ce для детектирования интенсивных потоков ионизирующего излучения. Характерное время затухания люминесценции церия составило 20 нс. 4.2. Проведено исследование люминесцентных свойств фосфатов Na3Y2(PO4)3:Ce3+. Установлена высокая температурная стабильность (изменение интенсивности около 2%) люминесцентных свойств активированных ионами Ce3+ фосфатов Na3Y2(PO4)3 со структурой типа NASICON в диапазоне 80 – 500 K. 4.3. Исследована взаимосвязь нелинейных искажений оптических сигналов в волоконно-оптических системах связи с физическими характеристиками линии связи и форматами модуляции. Установлена возможность ослабления нелинейных искажений при использовании новых форматов, сочетающих фазовую и поляризационную модуляцию. Разработана методика измерения фазовых шумов и ширины линии излучения узкополосных лазеров. 4.4. Исследованы спектры электролюминесценции светодиодов на основе полупроводниковых гетероструктур красного, зеленого, синего, фиолетового и ближнего ультрафиолетового спектрального диапазона в широком интервале токов, зависимости их интенсивности от тока, а также вольтамперные характеристики. Проведен анализ полученных результатов, в частности, аппроксимация спектров электролюминесценции с использованием модели, учитывающей комбинированную двумерную плотность состояний с “хвостами” вблизи краёв зон, аппроксимация вольтамперных характеристик. В результате анализа установлена корреляция между результатами спектральных измерений и измерений зависимости интенсивности от тока для светодиодов на основе гетероструктур красного, зелёного и синего свечения, и было дано объяснение механизмов протекания тока и рекомбинации в исследованных гетероструктурах. Показано, что в области очень малых токов преобладает туннельная компонента тока, область малых и средних токов соответствует инжекционной компоненте тока, в области больших токов начинает сказываться последовательное сопротивление структуры, что приводит к нагреву активной области. Такой нагрев может быть причиной изменения энергии рекомбинирующих электронов и дырок, что может служить объяснением наблюдавшегося сдвига положения максимума при повышении тока у красных светодиодов в длинноволновую область примерно на 20 нм, а у зеленых светодиодов – в коротковолновую область примерно на 10 нм. В спектрах синих светодиодов с ростом тока сдвиг положения максимума практически не наблюдается. На основе полученных экспериментальных результатов была предложена и проанализирована модель источника излучения с управляемым спектром, сформированная с учётом спектральных особенностей, выявленных экспериментально. Такой источник может быть перспективным, например, для применения в освещении растений. Проведённое моделирование показало, что полученный источник излучения позволяет перестраивать спектр излучения в зависимости от потребности растений, т.к. в различные вегетационные периоды за развитие растений отвечают пигменты с разными спектрами поглощения. | ||
15 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Для твердых растворов гибридных органо-неорганических трибромидов со структурой перовскита CH3NH3PbxHg1-xBr3 исследованы люминесцентные свойства (спектры люминесценции и возбуждения люминесценции, а также кинетика люминесценции) в широком температурном интервале от 10 до 300 К при возбуждении вакуумным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Впервые измерены характерные времена люминесценции, составившие 100 пс и 1,5 нс, не зависящие от неорганического катиона. Анализ полученных спектров люминесценции и спектров возбуждения люминесценции для твердых растворов ScxY1-xPO4:Eu3+ (х=0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1) при комнатных и низких температурах показал наличие центров свечения собственной, примесной и дефектной люминесценции. Анализ структуры полос люминесценции европия показал присутствие в соединениях с иттрием дополнительной кристаллической фазы. Показано, что европий в твердых растворах может быть использован в качестве люминесцентного зонда, осуществляющего мониторинг изменения кристаллической структуры и симметрии центров свечения в серии твердых растворов. Установлено, что интенсивность свечения европия в серии ScxY1-xPO4:Eu3+ при внутрицентровом возбуждении (395 нм), T=300 K зависит от относительной концентрации катионов замещения Sc/Y, что объясняется искажением инверсной симметрии Eu3+ за счет присутствия катионов разного радиуса (Sc и Y), что в результате приводит к уширению и изменению формы полос люминесценции, а также ослаблению запрета для внутриконфигурационных f-f переходов. Наибольшей интенсивностью люминесценции обладают два образца: c равной концентрацией катионов (х=0.5) и 80% скандия, 20% иттрия (х=0.8). Проведены расчеты значения оптической ширины запрещенной зоны Eg путем линейной интерполяции края фундаментального поглощения в спектрах возбуждения люминесценции. Изменение Eg в твердых растворах происходит нелинейно, минимальное значение Eg у твердого раствора с 20 % содержанием Sc и 80% Y. Предложена модель модификации энергетического положения дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, объясняющая нелинейное изменение оптической ширины запрещенной зоны для серии ScxY1-xPO4:Eu3+. Проведено комплексное исследование изменения оптических и люминесцентных свойств кристаллов Gd3Al2Ga3O12:Ce3+ (GAGG:Ce), в том числе соактивированных кальцием, при частичном замещении катионов Ga и Al скандием. Установлено, что электронные состояния Sc принимают участие в формировании дна зоны проводимости GASGG:Ce. Из спектров поглощения, отражения и возбуждения люминесценции GAGG:Ce,Са и GASGG:Ce,Са установлено уменьшение ширины запрещенной зоны кристалла с введением скандия. На основе анализа кривых ТСЛ с использованием разных методов определены энергии активации ловушек в кристаллах GAGG:Ce,Ca и GASGG:Ce,Ca. Показано, что введение скандия приводит к уменьшению энергии активации температурного тушения люминесценции Ce3+. Установлено, что процесс температурного тушения в исследованных гранатах вызван термической ионизацией 5d1 уровня иона Ce3+. По итогам исследования построена диаграмма энергетических уровней для кристаллов GAGG:Ce,Ca и GASGG:Ce,Ca, которая демонстрирует роль скандия в модификации свойств данного граната. Для серии кристаллов ZnxCd1-xWO4 измерены спектры фотолюминесценции и возбуждения люминесценции в широком температурном диапазоне 80-500 К. Установлено, что все кристаллы характеризуются собственным свечением, связанным с излучательным распадом экситонов, автолокализованных на WO6 комплексах. Продемонстрировано линейное уменьшение значения оптической ширины запрещенной зоны при увеличении концентрации катионов цинка. Показано, что повышение температуры вызывает смещение порога в спектре возбуждения в низкоэнергетическую область. Установлено, что уменьшение интенсивности собственного свечения кристаллов ZnxCd1-xWO4 при температуре Т > 250 К связано с внутрицентровым температурным тушением люминесценции. Продемонстрирована линейная зависимость энергии активации процесса температурного тушения от концентрации катионов замещения. 4.2. Для композитных материалов на основе алмаза с внедренными наночастицами иттрий-алюминиевого граната при рентгеновском возбуждении обнаружена эффективная передача энергии от наночастиц центрам люминесценции алмазной матрицы, определен ее механизм, предложен новый подход для оптимизации свойств композитных материалов на основе алмаза для визуализации ионизирующего излучения. 4.3. Исследованы особенности характера распространения оптических сигналов в волоконно-оптических линиях связи с распределенными усилителями и эрбиевыми усилителями с удаленной накачкой. Разработана методика измерения влияния ударов молний на поляризационные характеристики оптических сигналов. 4.4. При комнатной температуре зарегистрированы спектры фототока (ФТ) для разных смещений p-n–перехода для образцов с одной, двумя, тремя и пятью квантовыми ямами (КЯ) в активной области. Также исследованы встроенные электрические поля светодиодных гетероструктур на основе InGaN/GaN с различным количеством КЯ методом спектроскопии электропропускания (ЭП). Обнаружено, что для всех образцов существует определённое смещение, при котором ток, возбуждаемый падающим на структуру излучением, может иметь разное направление в зависимости от длины волны этого излучения. Предположительно, электроны, возбуждаемые в барьерных слоях, создают обратный ток, в то время как электроны, возбуждаемые вблизи активной области с акцепторного уровня в слое p-GaN, создают прямой ток даже при отрицательных смещениях. Установлен диапазон смещений pn-перехода, при котором наблюдается указанный эффект для структур с разным количеством квантовых ям в активной области. С ростом количества КЯ в активной области, эффект реверсивного тока наблюдается при больших смещениях p-n–перехода. Разработана методика определения энергий межзонных барьерных переходов в слоях GaN, а также переходов между уровнями в КЯ в активной области в слоях InGaN. Определены энергии межзонных переходов, связанных с размытием гетерограниц InGaN/GaN вследствие встраивания индия из слоёв КЯ InGaN в барьерные слои GaN. Обнаружено, что с ростом числа КЯ в активной области растёт количество таких переходов, что свидетельствует о различной степени сегрегации атомов индия в разных КЯ. Полученные методом ЭП зависимости энергии перехода между невозбуждёнными уровнями в КЯ от смещения p-n–перехода гетероструктуры, позволяют определять средние напряжённости внутренних электрических полей в КЯ активной области. Наблюдаемое уменьшение напряжённости электрических полей с ростом количества КЯ в активной области, может быть связано с уменьшением механических напряжений на гетерограницах в активной области. | ||
16 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 4.1. Для твердых растворов гибридных органо-неорганических трибромидов со структурой перовскита CH3NH3PbxHg1-xBr3 с х = 1, 0.9, 0.75, 0,5 исследовано влияние состава на радиационную стойкость исследованных монокристаллов; проведенные ранее исследования спектрально-кинетических характеристик повторены для новой серии монокристаллов такого же состава, но большего размера, что позволило проводить измерения на сколах. Проанализировано влияние состояния поверхности на люминесценцию дефектов. Проведены измерения спектров люминесценции и возбуждения люминесценции твердых растворов GdxY1-xPO4:Eu3+. Для промежуточных концентраций катионов замещения (x=0,5; 0,6; 0,7) наблюдаются полосы люминесценции, характерные для двух типов центров симметрии ионов европия: D2d и С1. Также было обнаружено изменение структуры полос люминесценции, присутствие дополнительных полосы в крайнем составе YPO4:Eu3+, которые не характерны для D2d центра симметрии Eu3+. Относительная интенсивность полос люминесценции GdxY1-xPO4:Eu3+, полученная путем интегрирования спектров люминесценции в области 580-710 нм, имеет нелинейную зависимость от концентрации катионов замещения. При замещении Y на Gd в GdxY1-xPO4:Eu3+ в спектрах возбуждения люминесценции твердых растворов наблюдаются полосы, соответствующие переходам в ионе Gd, путем возбуждения которых возможна передача энергии на ион Eu3+. На основе анализа спектров возбуждения люминесценции установлено, что полоса с переносом заряда сдвигается в область низких энергий при переходе от YPO4:Eu3+ к GdPO4:Eu3+. Для впервые синтезированных фосфатов Na3.6Y1.8-x(PO4)3:xDy3+ проведено исследование люминесцентных свойств при УФ и ВУФ возбуждении. Спектры люминесценции при УФ возбуждении состоят из полос свечения, соответствующих межконфигурационным переходам 4f–4f в ионах Dy3+. Определена оптимальная концентрация примеси в серии и показан тип тушения. На основе анализа кинетик затухания получены характерные времена затухания примесного свечения. Установлено, что при ВУФ возбуждении спектры фотолюминесценции характеризуются дополнительными широкими полосами в УФ и синей областях спектра, которые приписываются собственному свечению экситонов, автолокализованных на PO43- комплексах, и структурным дефектам соответственно. Из анализа спектра возбуждения собственной люминесценции сделана оценка ширины запрещенной зоны Eg ~ 7.1 эВ. Также изучена температурная стабильность примесной и собственной люминесценции, определены цветовые характеристики люминофоров. Для серии смешанных кристаллов ZnxCd1-xWO4 (x = 0-1) исследованы люминесцентные свойства в широкой энергетической области 3.7-18 эВ. Для смешанных составов установлено наличие канала безызлучательной релаксации энергии, конкурирующего с экситонным свечением. Сделан вывод об увеличении вероятности создания экситонов в результате уменьшения длины термализации носителей заряда, вызванной разупорядочением структуры. 4.2. Исследованы возможности внедрения трифторидов ряда редкоземельных элементов в алмазную матрицу; предложена модель, объясняющая отсутствие люминесценции церия в подобных композитных материалах. 4.3. Исследованы линейные и нелинейные искажения оптических сигналов многоуровневых амплитудно-фазовых форматов модуляции с поляризационным и спектральным мультиплексированием в волоконно-оптических линиях связи. Предложен ряд новых методов ослабления перекрестных нелинейных искажений в гетерогенных линиях связи. Создана модель воздействия магнитного поля, наводимо ударами молний в оптическом грозотроссе, на состояние поляризации оптического излучения. 4.4. Проведены исследования спектров электролюминесценции (ЭЛ) для образцов нитридных гетероструктур с одной, двумя, тремя и пятью квантовыми ямами (КЯ) в активной области в широком диапазоне токов для образцов при комнатной температуре. Обнаружено, что при одном и том же токе (50 мА) интенсивность ЭЛ образца с пятью КЯ наибольшая. На основе полученных результатов сделано заключение, что снижение напряжённости внутренних электрических полей в активной области, наряду с увеличением концентрации носителей в КЯ и снижением перенаселённостей уровней, может способствовать наблюдаемому увеличению эффективности свечения. В результате анализа спектров электроотражения (ЭО) получена оценка распределения напряжённости электрического поля в КЯ InGaN/GaN по толщине активной области для образцов разной длины волны свечения. Результаты подтверждают и дополняют представленные ранее результаты исследований спектров фототока (ФТ) спектров электропропускания (ЭП), комплексное использование модуляционных методов ЭО, ЭП, ФТ и ЭЛ позволяет проводить исследования зонной структуры, внутренних электрических полей и электрооптических свойств светодиодных гетероструктур с множественными квантовыми ямами на основе соединений InGaN/GaN. | ||
17 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 1. Для гибридных 2D органо-неорганических кристаллов со структурой перовскита состава (CH3NH3)2СdCl4, и (CH3NH3)2СuCl4, выращенных впервые, исследованы спектры и кинетика люминесценции, их температурная зависимость, радиационная стойкость и проявление плотностных эффектов. Продемонстрировано, что под действием излучения дефекты образуются на поверхности кристаллов. 2. Показано, что путем создания твердого раствора ScxY1-xPO4:Eu3+ возможно повысить температурную стабильность люминесценции Eu по сравнению с кристаллами крайних составов. Эффект связан с особенностями электронной структуры YPO4 и ScPO4 и объясняется формированием энергетических ям на дне зоны проводимости в твердых растворах. Соотношение полос интенсивностей люминесценции, характеризующейся переходами с уровней 5D1 и 5D0 на 7F2, имеет выраженную температурную зависимость, что позволяет использовать ScxY1-xPO4:Eu3+ в качестве бесконтактных термометров. Наилучшей относительной температурной чувствительностью SR обладает образец с x = 0,2, значения SR для которого изменяются в пределах от 2,61 %*K-1 при 300 K до 0,64 %*K-1 при 600 K. 3. Уточнена структура Na3.6Lu1.8(PO4)3 в пространственной группе R3c и выявлены особенности распределения катионов в позициях структуры типа НАСИКОН, которые заключаются в частичном заселении натриевых позиций и смещении части катионов. Такой структурный беспорядок проявляется в спектрах люминесценции Eu3+, замещающего катионы Lu, в виде уширения полос и появления дополнительных пиков. Установлена оптимальная концентрация европия в данных фосфатах (x = 0.5). Показано, что концентрационное тушение свечения Eu3+ обусловлено диполь-дипольным взаимодействием. Слабая широкая полоса при 420 нм, которая наблюдалась при ВУФ-возбуждении, приписана центрам, связанным со структурными дефектами. Для беспримесного соединения Na3.6Lu1.8(PO4)3 собственного излучения не обнаружено, а интенсивная широкая полоса при 370 нм также приписана свечению дефектов кристаллической структуры. Установлено, что интенсивность излучения Eu3+ уменьшается на 32% в области температур 80–500 K для большинства линий возбуждения 4f–4f европия в результате процесса температурного тушения. Повышенная температурная стабильность свечения европия получена при Eвозб = 3.23 эВ, соответствующей энергиям переходов 7F0→5L7 и 7F1→5GJ. 4. В композитных материалах на основе алмаза с внедренными наночастицами диэлектрических материалов разного состава продемонстрирована передача энергии фотоэлектронами, вылетающими из наночастиц, центрам свечения алмаза, что проявляется в возрастании выхода люминесценции алмаза на краях рентгеновского поглощения элементов, входящих в состав наночастиц. Это позволяет создавать композитные материалы с контролируемым уровнем поглощения рентгеновского излучения. 5. Создана модель перекрестного взаимодействия оптических каналов с амплитудной модуляцией и прямым детектированием и оптических каналов с амплитудно-фазовой модуляцией. Установлена возможность описания перекрестных нелинейных искажений как нелинейного шума, аддитивно складывающегося с шумом усиленного спонтанного излучения. Показано, что наиболее сильные нелинейные помехи вызывают относительно низкочастотные каналы с амплитудной модуляцией. Развита модель воздействия магнитного поля, наводимо грозовым разрядом в оптическом грозотроссе, на состояние поляризации оптического излучения. 6. Исследованы оптические характеристики сапфира как основного материала подложек для светодиодных гетероструктур нитрида галлия и его твёрдых растворов. С целью изучения дефектов в сапфире проведены фотолюминесцентные исследования образцов монокристаллического сапфира, а также сапфира, предварительно облученного ионами и электронами низких энергий с использованием конфокального микроскопа с длиной волны возбуждения 445 нм и неконфокальным методом на длине волны 355 нм. В спектрах образцов получены линии, связанные с собственными дефектами, а также c примесными дефектами. Показано, что предварительное ионное облучение приводит к разупорядочению приповерхностной области образца, что проявляется в значительном увеличении интенсивности фотолюминесценции, а предварительное электронное облучение может приводить к изменению зарядового состояния изначально существующих в кристалле дефектов. | ||
18 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: 1. Рентгеноструктурный анализ показал, что все синтезированные фосфаты однофазны и относятся к структуре типа НАСИКОН. Изучены свойства люминесценции и обсуждена природа полос излучения. Полоса собственного излучения с максимумом при 260 нм наблюдается только для соединения Na3Sc2(PO4)3. Особенность полосы, связанной с дефектами кристаллической структуры, состоит в её эффективном возбуждении за счет передачи энергии от экситона, локализованного вблизи дефекта. Анализ спектров возбуждения позволил оценить величину запрещенной зоны, которая составляет ~8 эВ для всех исследованных фосфатов. Низкая эффективность передачи энергии от экситонов к примесям наблюдается для всех исследованных Na3.6А1.8(PO4)3, легированных РЗЭ. Последовательный захват разделенных дырки и электрона ионами Tb3+ обеспечивает наиболее эффективное преобразование энергии возбуждения в люминесценцию. Это позволяет рассматривать фосфаты Na3.6Y1.8(PO4)3 и Na3.6Lu1.8(PO4)3, активированные Tb3+ в качестве потенциальных рентгеновских люминофоров. Для твердых растворов ванадатов ScxY1-xVO4:Eu3+ (x = 0, 0,1, 0.3, 0.5, 0.7, 0,9, 1), легированных 1 мол.% Eu3+ проведено исследование температурных зависимостей люминесценции в диапазоне 80-500 К. Установлено, что собственное свечение ванадатов полностью тушится к 250 К. Наибольшая температура тушения собственной люминесценции у образца Sc0.3Y0.7VO4:Eu3+. Свечение Eu3+ же наоборот нелинейно возрастает с ростом температуры и достигает максимума в диапазоне 270-390 К, после чего для образцов, содержащих Sc, наблюдается снижение интенсивности свечения Eu, при этом для образца с х=0.3 температурное тушение происходит слабее. Для гибридных органо-неорганических перовскитов показано, что незначительный нагрев в вакууме приводит к необратимой деградации их люминесцентных свойств. Продемонстрировано, что примененный метод синтеза квази-двумерных монокристаллов не позволяет получить однофазные образцы, в котором квантово-размперные эффекты могл юы проявиться в полной мере. 2. Предложена новая методика измерения качества сигналов и уровня шумов в гетерогенных волоконно-оптических линиях связи, использующих спектральное мультиплексирование каналов с многоуровневыми амплитудно-фазовыми форматами модуляции и каналов с амплитудными форматами модуляции. Предложен и исследован новый метод измерения фазовых шумов высокостабильных лазеров с использованием фазово-чувствительного оптического рефлектометра. Разработан алгоритм цифровой обработки сигналов (ЦОС) когерентного оптического приемника, ослабляющий нелинейное воздействие быстрого вращения поляризации оптического сигнала. Экспериментально продемонстрировано увеличение точности измерений и дальности работы распределенных вибро-акустических датчиков при использовании в качестве чувствительного элемента волокна с наведенными центрами отражения. Экспериментально измерен уровень собственных шумов распределенных акустических датчиков (РАД) на основе оптических рефлектометров. Полученные результаты дополнены теоретическими оценками, демонстрирующими перспективность использования РАД для регистрации слабых сейсмических событий. 3. Проведены измерения оптических и электрических характеристик образцов цветных светодиодов красного, зелёного, синего и жёлтого (янтарного) цветов. Спектральные распределения указанных светодиодов измерены в широком диапазоне токов – от 100 мА до 1000 мА. Для аппроксимации полученных экспериментальных спектральных зависимостей светодиодов были использованы два способа: по методу симметричного распределения и по асимметричному распределению, а также было проведено сравнение полученных результатов с данными, полученными с помощью физической модели, учитывающей двумерную плотность состояний и флуктуации потенциала в активной области гетероструктуры, а также функции заполнения состояний, взятыми из литературных источников. По результатам проведенных измерений и расчетов был определён наилучшего метода аппроксимации цветных светодиодов. Показано, что использование симметричного метода аппроксимации дает менее точные результаты, чем аппроксимация с помощью асимметричного метода. По этой причине, в целях проектирования спектральных распределений осветительных приборов на основе цветных светодиодов рекомендуется применять аппроксимацию спектров по ассиметричному распределению. Также в ходе проведенных исследований установлено, что результаты расчета координат цветности по физической модели соответствуют результатам реальных измерений, причем погрешность в этом случае меньше, чем при использовании обоих методов математической аппроксимации. | ||
19 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: | ||
20 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".