Відділ спектроскопії молекулярних систем і наноструктурних матеріалів

Eng

Rus

Ukr

Група спектроскопії атомарних та молекулярних кріоконденсатів

  Склад групи

п.н.с. Савченко О.В.

с.н.с. Хижний І.В.

м.н.с. Блудов М.О.

м.н.с. Уютнов С.О.

аспірант Барабашов А.П.

 

Основні напрямки досліджень

 

- Дослідження екситонних станів і процесів автолокалізації екситонів.

- Вивчення механізмів електронно-стимульованих процесів дефектоутворення і десорбції.

- Вивчення радіаційних ефектів, каналів релаксації електронних збуджень і пост-радіаційних явищ.

- Дослідження носіїв заряду в атомарних і молекулярних кріоконденсатах – формування і стабілізація зарядових центрів, реакції за участю носіїв заряду, процеси релаксації.

- Дослідження умов накопичення заряду і створення «замороженої плазми».

- Розробка нових методів вивчення зарядових станів у діелектриках.

 

Основні методи досліджень - оптична і струмова спектроскопія

 

- Катодолюмінесцентна спектроскопія в широкому діапазоні спектру - від ближньої інфрачервоної до далекого ультрафіолету.

- Корельований у часі вимір термостимульованої люмінесценції, емісії екзоелектронів та емісії частинок.

- Корельований у часі вимір оптично стимульованої люмінесценції, емісії екзоелектронів та емісії частинок.

- Нестаціонарна люмінесценція.

- Метод матричної ізоляції.

- Низькотемпературне наведене поглинання (постановка методики).

 

Головні результати

 

 

 

В инертних матрицях з домішкою кисню під дією електронного пучка утворюються іони О-, які нейтралізуються під дією лазера. Термостімульована дифузія атомів кисню і їх подальша рекомбінація призводить до утворення збуджених молекул О2*, випромінюючих фотони. Це «внутрішнє джерело світла» стимулює релаксаційні процеси: власне світіння матриці, вихід електронів з поверхні кристала і десорбцію власних часток.

 

 

 

Виявлено новий канал стимуляції релаксаційних процесів хемілюмінесцентними реакціями

Термолюмінесценція твердого азоту при ступінчатому нагріві.

 

Вперше зареєстровано нове явище у молекулярних кристалах – аномально інтенсивна низькотемпературна емісія власних часток азоту з попередньо опромінених електронами кристалів азоту.

Доведено, що рекомбінація заряджених часток створеної у твердому азоті «замороженої плазми» N4+ та N3+ з електронами забезпечує конверсію енергії електронних збуджень у кінетичну енергію часток азоту, що призводить до їх емісії при температурах набагато нижчих ніж характерна температура сублімації.

 

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

 

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

 

Аномальна низькотемпературна пострадіаційна емісія часток твердого N2

 

Порівняння виходів десорбції з неопроміненого твердого азоту та попередньо опроміненого електронами.

Однаковий поріг для виходу електронів, термолюмінесценції і десорбції з твердого азоту.

 

Виявлено автолокалізацію дірок в твердому азоті з утворенням комплексу N4+

 

Спостерігання продуктів реакції дисоціативної рекомбинації дірок з електронами у нестаціонарній люмінесценції, термолюмінесценції, а також у фотолюмінесценції є доказом автолокалізації діркових станів, тобто формування чотириатомних азотних іонів N4+.

 

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

 

 

 

Порівняння релаксаційних емісій: термостимульованої люмінесценції, екзоелектронної емісії та нестаціонарної люмінесценції твердого азоту.

Фотостимульована люмінесценція і екзоелектронна еміссія з твердого азоту.

 

Вперше продемонстрована можливість створення «замороженої плазми» з високою концентрацією зарядових центрів (до 1016 см-3) в опромінених електронним пучком кріоконденсатах атомарних і молекулярних газів

Досягнуто накопичення рекордно високого негативного заряду у діелектричних плівках твердого азоту та виявлено участь центрів N3- у формуванні електростатичного заряду. Показано, що ці центри дають значний внесок у пост-десорбцію – емісію часток з поверхні опромінених плівок азоту.

Знайдений ефект потрібно брати до уваги для забезпечення безаварійної роботи різноманітних вакуумних пристроїв в умовах радіаційного опромінення, а також елементів космічної апаратури. Цей результат також відкриває шлях до створення накопичувачів заряду нового типу та широкого спектру високотехнологічних застосувань.

Вихід термостимульованої емісії електронів при різних негативних напругах на детекторі.

Стікання заряду та фотостимульований відрив електронів від N3- сполук.

 

Ми розробили новий підхід – метод нестаціонарної люмінесценції, для дослідження зарядових центрів в опромінених твердих тілах. Ця оригінальна двостадійна методика базується на контрольованій «інжекції» електронів шляхом їх звільнення з пасток під дією нагріву зразка. Досліджувані іонні центри спочатку генеруються інтенсивним електронним пучком. Потім утворені центри досліджуються за допомогою рекомбінаційної люмінесценції під впливом пучка малої інтенсивності з метою мінімізувати створення нових зарядових центрів. Реєстрація спектрів нестаціонарної люмінесценції проводиться при постійному нагріванні опроміненого зразка для послідовного звільнення електронів з все більш глибоких пасток і їх подальшої рекомбінації з позитивно зарядженими центрами.

 

 

Розроблено нову методику вивчення зарядових станів – нестаціонарна люмінесценція

Спектр нестаціонарної люмінесценції твердого азоту.

Ключові публікації групи

 

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.