Научный руководитель: Лисицын Виктор Михайлович, доктор физико-математических наук, профессор
Соавторы: Корепанов Владимир Иванович, Путинцева Светлана Николаевна

Исследования проводились на оптическом импульсном спектрометре. Технические возможности: спектральная область измерений - 200-1200 нм; временное разрешение - 7нс; температурный диапазон измерений - 12,5-700К; максимальная энергия возбуждающих импульсов электронов - 450КэВ.; длительность импульса тока электронов - 2-10нс; диапазон возможных плотностей тока пучка электронов - 0,1-1000А/см². Образцы помещались в вакуумную камеру (криостат) с давлением остаточных газов до 10^-4 Па. Низкие температуры обеспечивала микрокриогенная система МСМР-11ОН-3,2/20. Исследовали природные образцы исландского шпата из Туруханского месторождения.

Было установлено, что для исландского шпата характерно наличие свечения в области 200-600 нм с наносекундным временем релаксации. Спектр представляет собой суперпозицию нескольких полос излучения, обусловленных как собственными так и примесными центрами свечения. Анализ спектрально-кинетических характеристик наиболее интенсивной полосы с λ_max=285нм позволил установить наличие двух компонент свечения: с наносекундным временем послесвечения и с τ≈1 мкс. В образцах кальциты с более высоким содержанием примесей микросекундного компонента свечения не обнаружено. Предполагается, что люминесценция в области 285 нм обусловлена рекомбинацией электронов, освобождающихся при гибели нестабильных радикалов CO₃ ^3-, с дырочными центрами CO₃ ^-, стабилизированных примесными ионами марганца.

Выявлены особенности свечения примесных ионов марганца в исландском шпате при низких температурах. При комнатной температуре спектр свечения ионов Mn²⁺ представлен широкой полосой с λ_max=620 нм. Кинетика затухания описывается экспоненциальным законом с постоянной времени 60-70 мс. По литературным данным полоса свечения ионов Mn²⁺ является результатом оптического перехода с нижнего излучательного уровня ⁴Т₁ в основное состояние А⁶₁. Обнаружено, что при охлаждении образца до температуры 24 К максимум марганцевой полосы смещается в область 650-660 нм (рис.1).

Известно, что в миларите, где марганец изоморфно замещает кальций (как и в кальците), в спектре свечения при Т = 77 К наблюдается две полосы при 605 и 650 нм, связанные с различными переходами в пределах одного центра Mn²⁺ с уровней ⁴Т₁(G) и ⁴Т₂(G). По-видимому, в кальците также реализуется подобная ситуация и в области 550-600 нм присутствуют две полосы излучения, обусловленные различными переходами в ионе марганца, соотношение интенсивностей которых меняется при изменении температуры образца.

Измерена зависимость интенсивности люминесценции от температуры в интервале 24 - 300 К в нескольких областях спектра: 600, 640 и 670 нм (рис.2). Обнаружено, что ход температурной зависимости во всех исследуемых участках спектра в области температур 24-180 К одинаков. До 60 К интенсивность люминесценции не зависит от Т, в диапазоне 60-180 К интенсивность линейно возрастает. В интервале температур 180-300 К свечение в области 600 нм не зависит от Т, а интенсивность люминесценции в области 640-670 нм резко уменьшается в результате температурного тушения.

Таким образом, показано наличие двух компонентов свечения в области полосы излучения ионов Mn²⁺. При комнатной температуре интенсивность свечения в области 640-670 нм незначительна и в спектре свечения преобладает свечение с максимумом при 605нм. При понижении температуры. максимум излучения приходится на 650-660нм. Обсуждается природа полос и температурных зависимостей интенсивностей их свечения.