ЦЕНТРЫ СВЕЧЕНИЯ

ЦЕНТРЫ СВЕЧЕНИЯ

(центры люминесценции) - элементарные или составные образования в веществе, к-рые испускают кванты люминесцентного излучения (см. Люминесценция). Ц. с. могут служить отд. атомы, ионы, молекулы, их агрегаты - ассоциаты и кластеры, а также собств. дефекты кристаллич. структуры (напр., вакансии регулярных узлов). Понятие о Ц. с. как об элементарном излучателе, возникшее ещё до формирования квантовомеханич. представлений, претерпело значит. эволюцию, и в настоящее время очевидна его нек-рая условность, тем не менее его широко используют в научной литературе. Микроструктура Ц. с. во многом определяет спектральные, энергетич., инерц., поляризац. и др. свойства люминесцентного излучения.

В зависимости от области локализации волновых функций оптически активных электронов (т. е. электронов, ответственных за излучат. переходы) различают Ц. с. малого и большого радиуса. В первом случае наличие соседних атомов или молекул слабо сказывается на структуре уровней энергии Ц. с. и соответственно спектрах и вероятностях излучат. переходов. В кристаллофосфорах такими центрами могут служить трёхвалентные ионы редкоземельных элементов, к-рые используются в качестве активаторов в люминофорах разл. назначения (фото-, като-до- и электролюминофорах, в лазерных кристаллах и стёклах и т. д.). Положение максимумов полос испускания этих ионов испытывает лишь слабый сдвиг (~100- 300 см ^-1) в разл. кристаллич. решётках, стёклах и растворах. Одни и те же ионы в кристаллич. матрицах могут создавать неск. сортов Ц. с. разл. симметрии с заметно различающейся штарковской структурой уровней энергии, а также поляризацией излучения. Для внедрения в кристалл активатора иной валентности (гетеровалентное замещение) часто вводят дополнит. примесь - соактиватор, с помощью к-рого компенсируется заряд (напр., щелочные металлы Na и К при замещении редкоземельными ионами двухвалентных катионов кристалла Са, Mg, Ba и т. д.). Оптимальная концентрация таких центров составляет от 10^-2 до 1 %, в нек-рых случаях она может доходить до 10 и более процентов и даже до полного замещения катионов решётки. Однако для люминофоров с высокой концентрацией активатора требуется особая чистота исходного сырья по отношению к др. примесям, создающим центры тушения (см. Тушение люминесценции )с высокой вероятностью безызлучательных переходов. В нек-рых люминофорах и лазерных кристаллах для получения необходимых спектральных и иных характеристик люминесцентного излучения специально вводят Ц. с. неск. сортов, в т. ч. эффективно взаимодействующих друг с другом (за счёт переноса заряда или резонансной миграции энергии).

В формировании Ц. с. большого радиуса активно участвуют мн. соседние атомы, ионы или молекулы осн. вещества и даже весь кристалл в целом. Типичными примерами таких центров служат изовалентные примеси Р, As, Sb в элементарных полупроводниках Ge, Si или полупроводниковых соединениях группы AIII BV. Для описания свойств их излучения применяют водородоподобную (или гелиеподобную) модель Ц. с. с учётом эфф. массы локализованного носителя заряда и диэлектрич. проницаемости среды.

Во мн. случаях реализуется промежуточный случай Ц. с. ср. радиуса, представляющий наиб. трудности для идентификации их строения и теоретич. расчётов энергетич. структуры. Такого типа центры образуются, напр., в типичных кристаллофосфорах на основе широкозонных полупроводниковых соединений группы АII BV (напр., ZnS), легированных ионами тяжёлых металлов (Ag, Сu, Аu). В состав этих центров могут входить собств. дефекты кристаллич. структуры и соактивирующие примеси, образующие в нек-рых случаях донорно-акцепторные пары. Для формирования определ. Ц. с. требуется строго выдерживать заданные условия синтеза (темп-ру и длительность прокалки, скорость охлаждения, вакуумирование или давление активирующих паров и т. д.).

Особую группу Ц. с. образуют сложные многоатомные молекулы, напр. молекулы красителей в разл. растворах или молекулы живых организмов. В бесструктурных и относительно широких полосах испускания и поглощения этих центров проявляются общие статистич. закономерности, в нек-ром отношении аналогичные законам теплового излучения (в частности, Степанова универсальное соотношение). Для описания их спектров используют т. н. конфигурац. модель возбуждённых и основных уровней энергии Ц. с. Аналогичную модель с той или иной степенью обоснованности и точности используют для описания и нек-рых др. Ц. с., напр. образованных ионами Т1 в КС1 и др. щёлочно-галоидных кристаллах.

Лит.: Гурвич А. М., Введение в физическую химию кристал-лофосфоров, 2 изд., М., 1982. Ю. П. Тимофеев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.