Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществомНИР

Synchrotron radiation and its interaction with matter

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# 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: 1. Для наночастиц со структурой перовскита состава CsPbxMn1-xCl3, полученных модифицированной методикой горячего впрыска, впервые получены данные, свидетельствующие об их температурно-стабильной интенсивной люминесценции в области 480-620 нм, характеризуемой наносекундными временами. Анализ низкотемпературных спектров люминесценции и возбуждения люминесценции показал, что в твердых растворах ScхY1-xVO4:Eu3+ дефекты кристаллической структуры располагаются на границе дна зоны проводимости, и формируют один из трех конкурирующих каналов переноса энергии к центрам свечения, наряду с центрами свечения Eu3+ и АЛЭ. Наличие дефектной структуры в области края фундаментального поглощения объясняет наблюдаемое сужение ширины оптической запрещённой зоны с увеличения Sc в твёрдом растворе ScхY1-xVO4:Eu3+. Дно зоны проводимости как в ScVO4, так и YVO4 формируется 3d состояниями V, и замещение катионов Sc/Y не влечен флуктуации её дна, как это наблюдалось ранее в изоструктурных фосфатах ScхY1-xPO4. Установлен механизм передачи энергии на центры свечения Eu3+ при межзонном возбуждении (Eвозб > 3,7 эВ). Энергетические уровни основного состояния 4f Eu2+ располагаются в области дна зоны проводимости во всех ортованадатах за исключением LaVO4:Eu3+. Следовательно, в ScхY1-xVO4:Eu3+ невозможно перевести центр Eu3+ в возбужденное состояние Eu3+(*) путем последовательного захвата носителей заряда – электрона и дырки, согласно следующей схеме Eu3+ + e → Eu2+ + h → Eu3+(*) → Eu3+ + hν. Передача энергии от матрицы к активатору Eu3+ происходит только через промежуточный этап - создания экситона, который в последствии локализуется вблизи иона активатора и передает энергию на Eu3+. Что подтверждается отсутствием полосы с переносом заряда спектре возбуждения люминесценции Eu3+, связанной с электронными переходами с потолка валентной зоны, формируемой состояниями 2p O, на основное состояние 4f7 Eu2+. Это является отличительной особенностью данных ванадатов по сравнению с изоструктурными твердыми растворами фосфатов ScхY1-xPO4. 2. При распространении информационного сигнала вдоль волоконно-оптической линии связи его качество ухудшается из-за воздействия линейных (шумы усилителей, хроматическая и поляризационно-модовая дисперсия, фильтрация и т. д.) и нелинейных эффектов – фазовой само-модуляции, фазовой кросс-модуляции (ФКМ) и четырех-волнового взаимодействия. Установлено, что уменьшение корреляции нелинейных искажений обеспечивает повышение качества передаваемого информационного сигнала и дальность работы многопролетных многоканальных систем связи. Теоретически обнаружено и экспериментально подтверждено, что увеличение накопленной хроматической дисперсии уменьшает корреляцию нелинейных шумов, что обеспечивает увеличение дальности работы волоконно-оптических линий связи без компенсации хроматической дисперсии на физическом уровне. Рост эффективности и производительности волоконно-оптических сетей связи основывается на увеличении символьной скорости, переходе к форматам модуляции с более высокой спектральной эффективностью, а также на оптимизации пассивной и активной инфраструктуры волоконно-оптических линий связи. Показано, что для обеспечения высокой эффективности работы когерентных линий связи без компенсации хроматической дисперсии необходима совместная оптимизация формата модуляции, скорости передачи информации, алгоритмов цифровой обработки, параметров оптического волокна, характеристик дискретных и распределенных усилителей, а также устройств управления спектральными характеристиками многоканального широкополосного сигнала. При численном моделировании многопролетных линий связи большой длины (1 – 5 тыс. км) установлено, что замена стандартного волокна с сердцевиной легированной германием, на волокно с чисто кварцевой сердцевиной обеспечивает выигрыш в дальности передачи, величина которого в логарифмической шкале линейно зависит от длины пролета. При этом в линиях с распределенными ВКР-усилителями выигрыш от замены волокон меньше из-за меньшего значения коэффициента ВКР-усиления и большей величины затухания на длине волны накачки. 3. Произведён расчёт коэффициента усиления в активной области полупроводниковой структуры лазерного диода - квантовой яме, для чего построена теоретическая модель прямоугольной потенциальной ямы, с помощью которой определено положение уровней энергии электронов и дырок в квантовой яме. На основе полученных результатов рассчитан коэффициент усиления для оптических переходов между уровнями размерного квантования. Также был проведён эксперимент по исследованию генерации в полупроводниковом лазере на основе гетероструктуры In0,285Ga0,715As/GaAs с квантовой ямой, в результате которого были получены спектры генерации, соответствующие оптическим переходам между первой электронной подзоной и первыми подзонами лёгких и тяжёлых дырок в рассматриваемой квантовой яме. Обнаружено увеличение вклада в генерацию оптического перехода на меньшей длине волны с ростом тока накачки. Также был построен теоретический спектр усиления в квантовой яме для нескольких значений концентрации носителей, в котором наблюдаются два максимума, соответствующих рассматриваемым оптическим переходам. Получено усиление максимума спектра, соответствующего переходу с меньшей длиной волны, с ростом концентрации носителей, что объясняет изменение длины волны генерации, обнаруженную в эксперименте. Проведено исследование параметров квантовой ямы в структурах AlGaInAs, которые используются для создания телекоммуникационных лазеров спектрального диапазона 1300-1550 нм. Для решения проблемы снижения эффективности в данных структурах по причине ухода носителе из активной области и Оже-рекомбинации, предложено создание упругих напряжений активной области структур, что позволяет сдвинуть порог генерации. Меняя состав и ширину квантовой ямы, можно получать заданное значение длины волны излучения. По итогам работы получены параметры квантовой ямы AlGaInAs - состав, ширина и значение упругого напряжения, при которых достигается наибольшая эффективность структуры, а также проведено сравнение расчёта с экспериментальными данными. Предложено новое решение для генерации коротких импульсов лазерных диодов на основе полупроводниковых гетероструктур, которое предполагает монолитную интеграцию тиристорного ключа, являющегося генератором импульсного тока накачки, непосредственно с областью оптического усиления полупроводникового лазера. Это решает проблемы накачки импульсных полупроводниковых лазеров путём обеспечения автоматическое согласование полупроводникового лазера с низким последовательным сопротивлением с тиристорным ключом и подавление паразитных индуктивностей при коммутации наносекундных импульсов.
20 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

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".