ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ CdWO4 И ZnWO4

Колобанов Виталий Николаевич, Спасский Дмитрий Андреевич

Научный руководитель: зав.каф.опт. и спектр-ии, д.ф.-м.наук проф. Михайлин В.В.

Московский Государственный Университет, г. Москва, Россия

Интерес к монокристаллам вольфраматов кадмия и цинка связан с использованием этих кристаллов в качестве сцинтилляционных детекторов, например, для рентгеновской томографии [Викторов Л.В. и др. Неорганические материалы Т.27 №10 (1991) стр. 2005]. Оба кристалла относятся к типу моноклинных вольфраматов и принадлежат к пространственной группе симметрии С42h.

Были получены спектры отражения и возбуждения люминесценции кристаллов CdWO4 и ZnWO4 в области энергий фотонов 3.5-30 эВ [M. Kirm, V. Kolobanov, V. Makhov, V. Mikhailin, D. Spassky, I. Shpinkov and G. Zimmerer, Abstracts of the SCINT’99, August 16-20, 1999, Moscow, p. 145]. Измерение спектров проводились на установке Superlumi на канале СИ в DESY (Германия) [Zimmerer G. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 308 (1991) p.178] в условиях сверхвысокого вакуума (10-9 тор) как при комнатной температуре (RT), так и при температуре 10К.

В результате проведенных исследований кристаллов CdWO4 и ZnWO4 установлено качественное сходство структуры и энергетического положения пиков в спектрах отражения исследуемых кристаллов в области энергий фотонов 4-30 эВ (см. рис.). Основная структура спектров поглощения (отражения) кристаллов CdWO4 и ZnWO4 в области энергий 4- 30 эВ соответствует переходам с участием WO66- - комплекса [van Oosterhout A.B., The Journal of Chemical Physics, vol.67, №6 (1977) p.2412], между МО 2p(?), 2р(?), 2s(s ) кислорода и небольшой доли d-состояний вольфрама и катиона в валентной зоне на орбитали t2g, eg зоны проводимости. Первый пик в спектрах отражения кристаллов CdWO4 и ZnWO4 в области 4.3 эВ соответствует созданию экситона на оксианионном комплексе. Определена ширина запрещенной зоны вольфрамата кадмия Eg = 4.55 эВ и вольфрамата цинка Eg = 4.65 эВ. По соотношениям Крамерса - Кронига из спектров отражения были рассчитаны поглощение и другие оптические функции (К, e 1, e 2, Im(1/e )).

По экспериментально полученным спектрам отражения и возбуждения в рамках модели диффузии электронных возбуждений [Васильев А.Н., Михайлин В.В. Введение в спектроскопию твердого тела, Москва 1987] рассчитан квантовый выход h vol, определяемый объемными процессами:

(*)

,где К- коэффициент поглощения, - длина диффузии электронных возбуждений, R – коэффициент отражения, d – толщина кристалла. На рисунке представлена зависимость h vol(hn ) для кристаллов CdWO4 и ZnWO4, рассчитанная по формуле (*) в предположении L = 50A. В области энергий фотонов hn >11 эВ у исследуемых кристаллов наблюдается рост h vol(hn ), связанный с началом размножения электронных возбуждений. Рост h vol(hn ) исчерпывается при энергии возбуждения 17 эВ, позволяющей участвовать в процессе РЭВ электронам, расположенным на самом дне валентной зоны. Дальнейший рост объемного квантового выхода люминесценции, начиная от 19-20 эВ, связан с рождением трех электронно-дырочных пар при возбуждении одного электрона. Исходя из данных по удвоению и утроению электронных возбуждений, ширина валентной зоны CdWO4 может быть оценена не более 6 эВ.

Рис. Спектры отражения, возбуждения люминесценции (вверху), поглощения, рассчитанного по соотношениям Крамерса - Кронига и объемного квантового выхода, рассчитанного по формуле (*) (внизу) для кристаллов CdWO4 и ZnWO4


e-mail: asf@asf.e-burg.ru