Вышедшие номера
Электронные возбуждения и дефекты в наноструктурном Al2O3
Горбунов С.В.1, Зацепин А.Ф.1, Пустоваров В.А.1, Чолах С.О.1, Яковлев В.Ю.2
1Уральский государственный технический университет, Екатеринбург, Россия
2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия
Email: zats@dpt.ustu.ru
Поступила в редакцию: 15 июня 2004 г.
Выставление онлайн: 19 марта 2005 г.

Представлены результаты по изучению катодо- и фотолюминесценции с временным разрешением наноструктурных модификаций Al2O3 (порошков и керамики) при возбуждении сильноточными электронными пучками, а также импульсами синхротронного излучения. Обнаружено, что нанопорошки Al2O3 до и после облучения ионами Fe+ характеризуются одинаковым фазовым составом (соотношение gamma-фаза/delta-фаза = 1), средним размером зерна ~17 nm и практически одинаковым набором широких полос катодолюминесценции с максимумами при 2.4, 3.2 и 3.8 eV. Установлено, что нанопорошки Al2O3 обладают быстрой фотолюминесценцией (ФЛ) (полоса при 3.2 eV), кинетика затухания которой описывается двумя экспоненциальными стадиями (tau1=0.5 ns и tau2=5.5 ns). В спектре возбуждения быстрой ФЛ выделены три полосы: 5.24, 6.13 и 7.44 eV. Рассмотрены две альтернативные модели центров, в соответствии с которыми люминесценция 3.2 eV возникает при излучательной релаксации P--центров (анионно-катионных вакансионных пар) или обусловлена формированием поверхностных аналогов F+-центра (центры типа FS+). Помимо быстрого свечения в нано-Al2O3 обнаружена медленная люминесценция в виде широкой полосы с максимумом при 3.5 eV. Спектр возбуждения люминесценции 3.5 eV при T=13 K характеризуется двумя полосами дублетной структуры с максимумами при 7.8 и 8.3 eV. На основе анализа спектрально-люминесцентных свойств наноструктурного и монокристаллического Al2O3 сделано предположение, что медленное свечение нанопорошков при 3.5 eV обусловлено излучательной аннигиляцией экситонов, локализованных около структурных дефектов. Работа поддержана CRDF REC-005 (грант N EK-005-X1), INTAS (проект 01-0458), и Российским фондом фундаментальных исследований (проект 02-02-16322).