Отдел спектроскопии молекулярных систем и наноструктурных материалов

Eng

Rus

Ukr

Группа спектроскопии атомарных и молекулярных криоконденсатов

  Состав группы

в.н.с. Савченко Е.В.

с.н.с. Хижный И.В.

м.н.с. Блудов М.А.

м.н.с. Уютнов С.А.

аспирант Барабашов А.П.

 

Основные направления исследований

 

- Исследование экситонных состояний и процессов автолокализации экситонов.

- Изучение механизмов электронно-стимулированных процессов дефектообразования и десорбции.

- Изучение радиационных эффектов, каналов релаксации электронных возбуждений и пост-радиационных явлений.

- Исследование носителей заряда в атомарных и молекулярных криоконденсатах – формирование и стабилизация зарядовых центров, реакции с участием носителей заряда, процессы релаксации.

- Исследование условий накопления заряда и создания «замороженной плазмы».

- Разработка новых методов изучения зарядовых состояний в диэлектриках.

 

Основные методы исследований – оптическая и токовая спектроскопия

 

- Катодолюминесцентная спектроскопия в широкой области спектра – от ближней инфракрасной до дальнего ультрафиолета.

- Коррелированное во времени измерение термостимулированной люминесценции, эмиссии экзоэлектронов и эмиссии частиц.

- Коррелированное во времени измерение оптически стимулированной люминесценции, эмиссии экзоэлектронов и эмиссии частиц.

- Нестационарная люминесценция.

- Метод матричной изоляции.

- Низкотемпературное наведенное поглощение (постановка методики).

 

Основные результаты

 

 

 

В инертных матрицах с примесью кислорода под действием электронного пучка образуются ионы О-, которые нейтрализуются под действием лазера. Термостимулированная диффузия атомов кислорода и их последующая рекомбинация приводит к образованию возбужденных молекул О2*, излучающих фотоны. Этот «внутренний источник света» стимулирует релаксационные процессы: собственное свечение матрицы, выход электронов с поверхности кристалла и десорбцию собственных частиц.

 

 

Открыт новый канал стимуляции релаксационных процессов хемилюминесцентными реакциями

Термолюминесценция твердого азота при ступенчатом нагреве.

 

Аномальная низкотемпературная пострадиационная эмиссия частиц твердого N2

Впервые зарегистрировано новое явление в молекулярных кристаллах – аномально интенсивная низкотемпературная эмиссия собственных частиц азота из предварительно облученных электронами кристаллов азота.

Доказано, что рекомбинация заряженных частиц созданной в твердом азоте «замороженной плазмы» N4+ и N3+ с электронами обеспечивает конверсию энергии электронных возбуждений в кинетическую энергию частиц азота, что приводит к их эмиссии при температурах более низких, чем характерная температура сублимации.

 

N3+ + e- -> N*(2D) +  N2 (1Σg+) + hv1+ ∆Е

 

N4+ + e- -> N2*(1Σu-) + N2(1Σg+) + hv2+ ∆Е

Сравнение выходов десорбции из необлученного твердого азота и предварительно облученного электронами.

Одинаковый порог для выхода электронов, термолюминесценции и десорбции из  твердого азота.

 

Обнаружена автолокализация дырок в твердом азоте с образованием

комплекса N4+

Наблюдение продуктов реакции диссоциативной рекомбинации дырок с электронами в нестационарной люминесценции, термолюминесценции, а также в фотолюминесценции служит доказательством автолокализации дырочных состояний, т.е. формирования четырехатомных азотных ионов N4+.

 

N4+ + e- -> N2* (a‘) + N2* (a‘)+ +ΔE1 -> N2 + N2 + 2hv + ΔE2

 

 

 

Сравнение релаксационных эмиссий: термостимулированной люминесценции, экзоэлектронной эмиссии и нестационарной люминесценции твердого азота.

Фотостимулированная люминесценция (ФСЛ) и экзоэлектронная эмиссия(ФСЭЭ) из твердого азота.

 

Впервые продемонстрирована возможность создания в облученных электронным пучком криоконденсатах атомарных и молекулярных газов «замороженной плазмы» с высокой концентрацией (до 1016 см-3) зарядовых центров.

Достигнуто накопление рекордно высокого отрицательного заряда в диэлектрических пленках твердого азота и обнаружено участие центров N3- в формировании электростатического заряда. Показано, что эти центры дают значительный вклад в пост-десорбцию – эмиссию частиц с поверхности облученных пленок азота.

Обнаруженный эффект необходимо принимать во внимание для обеспечения безаварийной работы различных вакуумных устройств в условиях воздействия ионизирующего облучения, а также элементов космической аппаратуры. Этот результат также открывает возможность создания накопителей заряда нового типа и широкого спектра высокотехнологичных применений.

Выход термостимулированной эмиссии электронов (ТСЭЭ) при различных отрицательных напряжениях на детекторе.

Частичный разряд образца и фотостимулированный отрыв электронов от N3- соединений.

 

Мы разработали новый подход  – метод нестационарной люминесценции, для исследования зарядовых центров  в облученных твердых телах. Эта оригинальная двухстадийная методика основана на контролированной «инжекции» электронов  путем их освобождения из ловушек под действием нагрева образца. Исследуемые ионные центры сначала генерируются интенсивным электронным пучком. Затем образованные центры исследуются при помощи рекомбинационной люминесценции под воздействием  пучка малой интенсивности с целью минимизировать создание новых зарядовых центров.  Регистрация спектров нестационарной люминесценции проводится при постоянном нагреве облученного образца для последовательного освобождения электронов  из все более глубоких ловушек и их последующей рекомбинации с положительно заряженными центрами.

 

Разработана новая методика изучения зарядовых состояний – нестационарная люминесценция

Спектр нестационарной люминесценции твердого азота.

Ключевые публикации группы

 

E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, G. Gumenchuk and V. Bondybey.  Defect-induced electrostatic charging of nitrogen films, Phys. Stat. Solidi B, 253, No. 11,  2115 (2016).

DOI: 10.1002/pssb.201600406.

 

E. V. Savchenko, I. V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, A. P. Barabashov, G. B. Gumenchuk, M. K. Beyer, A. N. Ponomaryov, and V. E. Bondybey. Radiation effects in solid nitrogen and nitrogen-containing matrices: Fingerprints of N4+ species, J. Phys. Chem. A 119, No. 11,  2475 (2015).

DOI: 10.1021/jp5087575.

 

E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, A. Barabashov, G. Gumenchuk, A. Ponomaryov and V. Bondybey.  Charged defects and defect-induced processes in nitrogen films, Phys. Stat. Solidi C,  12, No 1-2 ,  49 (2015).

DOI: 10.1002/pssc.201400166.

 

E.V. Savchenko, I.V. Khyzhniy, S.A. Uyutnov, A.N. Ponomaryov, G.B. Gumenchuk and V.E. Bondybey. Anomalous low-temperature “post-desorption” from solid nitrogen, FNT 39, 574-579 (2013) [Low Temp. Phys. 39, 446-450 (2013)].

DOI:10.1063/1.4807046.

 

E. V. Savchenko, I. V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, G. B. Gumenchuk, A. N. Ponomaryov, M. K. Beyer, V. E. Bondybey.  Charging  effects in an electron bombarded Ar matrix and the role of chemiluminescence-driven relaxation, J. Phys. Chem. A 115, No. 25,  7258 (2011).

DOI: 10.1021/jp2004419.

 

E.V. Savchenko and Yu.A. Dmitriev. “New Aspects of Relaxation Processes in Cryogenic Solids”, in Applied Physics in the 21st Century (Horizons in World Physics. Volume 269) Ed. Raymond P. Valencia, Nova Science Publishers New York, 2010, p. 113-162

 

I.V. Khyzhniy, E.V. Savchenko, S.A. Uyutnov, G.B. Gumenchuk, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Exoelectron emission from solid nitrogen, Radiation Measurements 45, No. 3-6, 353 (2010).

DOI: 10.1016/j.radmeas.2009.11.020.

 

E.V. Savchenko, G. Zimmerer, V.E. Bondybey. Electronically induced modification of atomic solids and their relaxation probed by luminescence methods, J. Luminesc. 129, 1866 (2009).

DOI: 10.1016/j.jlumin.2009.01.040.

 

I.V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, E.V. Savchenko, G.B. Gumenchuk, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Electron traps in solid Xe, FNT 35, №. 4, 433 (2009) [Low Temp. Phys. 35, No. 4, 335 (2009)].

DOI: 10.1063/1.3117964.

 

H. Tanskanen, L. Khriachtchev, A. Lignell, M. Räsänen, S. Johansson, I.V. Khyzhniy, E.V. Savchenko. Formation of noble-gas hydrides and decay of solvated protons revisited: diffusion-controlled reactions and hydrogen atom losses in solid noble gases, Phys. Chem. Chem. Phys., 10, 692 (2008).

DOI: 10.1039/B713212C.

 

I.V. Khyzhniy, O. N. Grigorashchenko, A.N. Ponomaryov, E.V. Savchenko, V.E. Bondybey. Thermally stimulated exoelectron emission from solid Xe, FNT 33, No. 6-7, 701 (2007) [Low Temp. Phys. 33, No. 6, 529 (2007)].

DOI: 10.1063/1.2746244.

 

E.V. Savchenko, A.N. Ogurtsov, I.V. Khyzhniy, G. Stryganyuk, G. Zimmerer. Creation of permanent lattice defects via exciton self-trapping into molecular states in Xe matrix. Phys. Chem. Chem. Phys. 7, 785 (2005).

DOI: 10.1039/B415247F.

 

E.V. Savchenko, G.B. Gumenchuk, E.M. Yurtaeva, A.G. Belov, I.V. Khyzhniy, M. Frankowski, M.K. Beyer, A.M. Smith-Gicklhorn, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Anomalous low temperature desorption from preirradiated rare gas solids, J. Luminesc. 112, 101 (2005).

DOI: 10.1016/j.jlumin.2004.09.004.

Контакты

 

просп. Науки, 47, Харьков, 61103, Украина

 

тел.: +380(57)341-0918

 

факс: +380(57)340-3370

Обновление от 30.10.2017

СМИ о нас

Дизайн: Антон Климкин