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:
17 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Синхротронное излучение и его взаимодействие с веществом
Результаты этапа:
18 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 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".