Закономірності формування енергетичного спектра, що використовується в оптоелектроніці. Правила підбору модельних об’єктів для дослідження твердого тіла в сульфідних та оксидних матрицях. Сутність методу кластерного наближення рідкоземельних іонів.
Аннотация к работе
Підхід до аналізу енергетичних спектрів рідкоземельних іонів в твердих тілах до теперішнього часу традиційно обмежувався напівемпіричним методом Джадда та Офельта, який дає можливість за результатами експерименту знайти коефіцієнти спектральної інтенсивності, але не дає можливості, знаючи рідкоземельний іон та матрицю, в яку він вводиться, обчислити ймовірності переходів. В звязку з цим перспективним є метод моделювання оптоелектронних властивостей комплексів рідкоземельних іонів в кластерному наближенні, який дає можливість кількісно описати енергетичні спектри комплексів РЗІ та передбачити їх зміну при варіації складу, симетрії та геометрії комплексів в твердотільних матрицях різного типу. Розвязати задачу багатьох частинок в твердому тілі: побудувати багато-електронні молекулярні орбіталі комплексів рідкоземельних іонів в обраних матрицях та на їх основі оцінити ймовірності та інтенсивності спектрів люмінесценції й порівняти результати з аналогічними оцінками, одержаними в рамках метода Джадда та Офельта; Оцінити енергетичні спектри рідкоземельних іонів (Tm3 , Tb3 , Sm3 ) в сульфідних та оксидних матрицях в кластерному наближенні, які адекватно описують експериментальні результати. Для тлумачення експериментальних даних побудована модель рідкоземельного іона, оточеного іонами O, S, в кластерному наближенні, для якої вперше кількісно розвязана задача багатьох частинок в твердому тілі, що дало можливість адекватно описати енергетичний спектр комплексів Tm3 і Sm3 в сульфідних та оксидних матрицях;Для розрахунку інтенсивностей енергетичного спектра РЗІ в кластерному наближенні необхідно розвязати задачу побудови багато-електронних молекулярних орбіталей для кластера. Проаналізовано методи квантової хімії, які як для молекул, так і для кристалів є одночастинними, одноелектронними (один електрон рухається в ефективному полі іонів кристала і інших електронів). З урахуванням сильного екранування f-електронів РЗІ розроблені наближення, що дають можливість побудувати багато-електронні молекулярні орбіталі, які кількісно описують енергетичний спектр комплексів РЗІ в кластерному наближенні, що містять нехтування обмінною взаємодією f-електронів центрального іона з s-і р-електронами лігандів й використання теорії збурення. Використання цього наближення дало можливість розвинути метод багато-електронних молекулярних орбіталей, який вперше став основою для теоретичної оцінки ймовірності спектрів люмінесценції для комплексів Tm3 , Tb3 , Sm3 в кластерному наближенні. Метод багато-електронних молекулярних орбіталей дає можливість проаналізувати таку залежність, а також вирішити обернену задачу: за формою смуги зробити оцінку структури комплексу.В дисертаційній роботі в результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень розвязано наукову задачу щодо встановлення закономірностей формування енергетичного спектру рідкоземельних іонів (Tm3 , Tb3 , Sm3 ) в сульфідних та оксидних матрицях в кластерному наближенні, заснованому на багато-електронних молекулярних орбіталях. Запропоновано модель комплексу рідкоземельних іонів в сульфідних і оксидних матрицях в кластерному наближенні на основі багато-електронних молекулярних орбіталей, яка дала можливість розрахувати інтенсивності переходів люмінесценції і енергетичні рівні комплексів Tm3 і Sm3 в напівпровідникових і діелектричних матеріалах; Проведено моделювання механізмів електролюмінісценції Tm3 в ZNS з використанням багато-електронного квантовохімічного метода і доведено, що механізми передачі енергії “гарячих” електронів кристалічній ґратці і випромінюючим центрам залежать від напруження електричного поля і по-різному впливають на інтенсивності “синіх” і “червоних” смуг люмінесценції; Проведено ідентифікацію люмінесцентних переходів тонких плівок Y2O3S, легованих Tb3 , за допомогою вдосконалених методів ТКП і метода багато-електронних молекулярних орбіталей.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
В дисертаційній роботі в результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень розвязано наукову задачу щодо встановлення закономірностей формування енергетичного спектру рідкоземельних іонів (Tm3 , Tb3 , Sm3 ) в сульфідних та оксидних матрицях в кластерному наближенні, заснованому на багато-електронних молекулярних орбіталях. Теоретично виконано обчислення інтенсивностей переходів люмінесценції в комплексах рідкоземельних іонів при відомому розташуванні лігандів. енергетичний оптоелектроніка іон
Основні наукові результати роботи такі можна сформулювати у вигляді таких висновків: 1. Запропоновано модель комплексу рідкоземельних іонів в сульфідних і оксидних матрицях в кластерному наближенні на основі багато-електронних молекулярних орбіталей, яка дала можливість розрахувати інтенсивності переходів люмінесценції і енергетичні рівні комплексів Tm3 і Sm3 в напівпровідникових і діелектричних матеріалах;
2. Проведено моделювання механізмів електролюмінісценції Tm3 в ZNS з використанням багато-електронного квантовохімічного метода і доведено, що механізми передачі енергії “гарячих” електронів кристалічній ґратці і випромінюючим центрам залежать від напруження електричного поля і по-різному впливають на інтенсивності “синіх” і “червоних” смуг люмінесценції;
3. Проведено ідентифікацію люмінесцентних переходів тонких плівок Y2O3S, легованих Tb3 , за допомогою вдосконалених методів ТКП і метода багато-електронних молекулярних орбіталей. Показано перевагу метода багато-електронних молекулярних орбіталей перед методом Джадда і Офельта та встановлено, що останній придатний тільки для діелектриків з широкою забороненою зоною для переходів люмінесценції, що лежать в середині забороненої зони;
4. Промодельовано оптичні властивості кластерів Sm3 в різних сульфідних і оксидних матрицях та показано, що зменшення відстані між РЗІ і лігандом призводить до зростання інтенсивностей і збільшенню внеску переходів, що відповідають більш коротким довжинам хвиль;
5. Встановлено, що при відомому розташуванні лігандів, знаючи РЗІ та оточення, прогнозувати спектральні характеристики комплексів рідкоземельних іонів.
ПЕРЕЛІК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кротов В.И., Малкин Б.З., Мительман А.А. Магнитострикция в упорядоченной и неупорядоченной фазах Изинговского ферромагнетика LITBF4 // ФТТ. - 1982. - Т.24, №2. - C. 542-549.
3. Rodionov V.E., Rakhlin M.Ya. and Zolotovskii A.A. Modeling of Thulium Ion in Zinc Sulphide // Phys.stat.sol.(b). - 1992. - V.173, №10. - P. 733-738.
4. Золотовский А.А., Родионов В.Е. Моделирование люминесценции комплексов самария в сульфидных и оксидных матрицах // Вопросы атомной науки и техники. - 2003. - №3(83). - C. 170-172.
6. Бачериков Ю.Ю., Бойко В.Г., Золотовский А.А., Васильковский С.А., Кравченко А.Ф., Родионов В.Е., Охрименко О.Б. Исследование влияния подложки на люминесценцию тонких пленок Y2SXO3Tb3 // Материалы VI Международного Симпозиума “Тонкие пленки в электронике” 25-29 сентября 1995 г., Лазурное, Украина, Т. 1. - С. 82-85.
7. Золотовский А.А., Родионов В.Е. Моделирование люминесцентных и лазерных переходов комплексов f-элементов в различных материалах // Матеріали XIII Національної школи-семінару з міжнародною участю “Спектроскопія молекул та кристалів”, Суми, 20-26 квітня 1997 р. - С. 74.
8. Zolotovsky A.A., Tarasov G.G., Francini R. Rare-Earth doped structures as functional materials for fiber optics and optoelectronics // Workshop on Functional Materials FMA’2004 Athens, Greece, 23-26 September, 2004. - P. 1-12.
9. Золотовский А.А., Полторацкий Ю.Б. Моделирование излучения комплекса редкоземельных ионов в люминесцентных материалах // Труды XVII Международной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению, Алушта, Крым, 4-9 сентября 2006 г., С. 224.