Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ

Изучено влияние светового облучения [Eexcit = 3.4 эВ, (Φt)max ~1.5∗10²⁰ фотон∗см⁻²] на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ [кислородный параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Обнаружено наличие явно выраженной корреляции между структурными изменениями YBa₂Cu₃O₇-δ,...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2001
1. Verfasser:	Сухарева, Т.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2001
Schriftenreihe:	Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78347
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ / Т.В. Сухарева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-78347
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-783472015-03-14T03:02:48Z Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ Сухарева, Т.В. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Изучено влияние светового облучения [Eexcit = 3.4 эВ, (Φt)max ~1.5∗10²⁰ фотон∗см⁻²] на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ [кислородный параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Обнаружено наличие явно выраженной корреляции между структурными изменениями YBa₂Cu₃O₇-δ, вызванных воздействием светового облучения или допированием его кристаллической решетки ионами кислорода, и параметрами спектров (спектральное положение Elum, ширина ∆λlum и интенсивность Ilum полос люминесценции). Вивчений вплив світлового опромінювання [Eexcit = 3.4 эВ, (Φt)max ~1.5∗10²⁰ фотон∗см⁻²] на спектри люмінесценції високотемпературного надпровідника YBa₂Cu₃O₇-δ [кисневий параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Знайдено наявність суворо наведеної кореляції поміж структурними змінами YBa₂Cu₃O₇-δ під впливом світловой дії або допування його кристалічної гратки іонами кисню та параметрами спектрів (спектральне положення Elum, ширина Δλlum та інтенсивність Ilum смуг люмінесценції). The influence of a light irradiation on luminescence spectra of the high-temperature superconductor YBa₂Cu₃O₇-δ with oxygen index (7 - δ) = 6.1, 6.41, and 6.9 was investigated [Eexcit = 3.4 eV, (Φt)max ~ 1.5∗10²⁰ photon∙cm⁻²]. The obviously expressed correlation between structural changes YBa₂Cu₃O₇-δ, under the influence of a light irradiation or doping of its crystal lattice by ions of oxygen, and parameters of luminescence spectra (position Elum, width Δλlum and intensity Ilum of spectral bands) was determined. 2001 Article Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ / Т.В. Сухарева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78347 538.945; 536.48 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
spellingShingle	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Сухарева, Т.В. Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ Вопросы атомной науки и техники
description	Изучено влияние светового облучения [Eexcit = 3.4 эВ, (Φt)max ~1.5∗10²⁰ фотон∗см⁻²] на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ [кислородный параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Обнаружено наличие явно выраженной корреляции между структурными изменениями YBa₂Cu₃O₇-δ, вызванных воздействием светового облучения или допированием его кристаллической решетки ионами кислорода, и параметрами спектров (спектральное положение Elum, ширина ∆λlum и интенсивность Ilum полос люминесценции).
format	Article
author	Сухарева, Т.В.
author_facet	Сухарева, Т.В.
author_sort	Сухарева, Т.В.
title	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ
title_short	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ
title_full	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ
title_fullStr	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ
title_full_unstemmed	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ
title_sort	влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника yba₂cu₃o₇-δ
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2001
topic_facet	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78347
citation_txt	Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ / Т.В. Сухарева // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT suharevatv vliâniesvetovogooblučeniânaspektrylûminescenciivysokotemperaturnogosverhprovodnikayba2cu3o7d
first_indexed	2025-07-06T02:28:48Z
last_indexed	2025-07-06T02:28:48Z
_version_	1836862856027439104
fulltext	УДК 538.945; 536.48 ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СПЕКТРЫ ЛЮМИНЕС- ЦЕНЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА YBa2Cu3O7-δ Т.В.Сухарева Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт” г. Харьков, Украина, nsc@kipt.kharkov.ua Вивчений вплив світлового опромінювання [Eexcit = 3.4 еВ, (Φt)max ~1.5∗1020 фотон∗см-2] на спектри люмінесценції високотемпературного надпровідника YBa2Cu3O7-δ [кисневий параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Знайдено наявність суворо наведеної кореляції поміж структурними змінами YBa2Cu3O7-δ під впливом світловой дії або допування його кристалічної гратки іонами кисню та параметрами спектрів (спектральне положення Elum, ширина ∆λlum та інтенсивність Ilum смуг люмінесценції). Изучено влияние светового облучения [Eexcit = 3.4 эВ, (Φt)max ~1.5∗1020 фотон∗см-2] на спектры люминес- ценции высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7-δ [кислородный параметр (7 – δ) = 6.1, 6.41, 6.9)]. Обнаружено наличие явно выраженной корреляции между структурными изменениями YBa2Cu3O7-δ, вызванных воздействием светового облучения или допированием его кристаллической решетки ионами кис- лорода, и параметрами спектров (спектральное положение Elum, ширина ∆λlum и интенсивность Ilum полос лю- минесценции). The influence of a light irradiation on luminescence spectra of the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7- δ with oxygen index (7 - δ) = 6.1, 6.41, and 6.9 was investigated [Eexcit = 3.4 eV, (Φt)max ~ 1.5∙1020 photon∙cm-2]. The obviously expressed correlation between structural changes YBa2Cu3O7-δ, under the influence of a light irradia- tion or doping of its crystal lattice by ions of oxygen, and parameters of luminescence spectra (position Elum, width ∆λlum and intensity Ilum of spectral bands) was determined. ВВЕДЕНИЕ Традиционно в радиационной физике твердого тела рассматривают эволюцию структуры и свойств кристаллов при воздействии на них частиц с энерги- ей Е ≥ 1эВ…MэВ. Открытие явления высокотемпе- ратурной сверхпроводимости металлооксидных со- единений привело к существенному понижению диапазона энергий частиц, приводящих к появле- нию радиационных повреждений твердых тел. Речь идет об эффектах, связанных со световым облуче- нием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). В настоящее время достаточно надежно установ- лено, что характерной особенностью спектров лю- минесценции ВТСП YBa2Cu3O7-δ, Bi2Sr2CaCu2O8±δ, Bi2Sr2Ca2Cu3O10±δ, YBa2Cu4O8±δ и др. является при- сутствие в них двух основных полос, расположен- ных в спектральных диапазонах Elum ~ 2.4 эВ и Elum ~ 2.8 эВ [1]. Можно полагать [1 – 3], что полоса с Elum ~ 2.4 эВ играет в люминесцентной спектроско- пии ВТСП роль оптического зонда для электронных процессов в плоскости переноса заряда CuO2; поло- са же с Elum ~ 2.8 эВ – если для определенности гово- рить о ВТСП YBa2Cu3O7-δ – роль оптического зонда для электронных процессов, протекающих в “резер- вуарах заряда” – цепочечных плоскостях CuO1-δ. Иными словами, есть все основания полагать, что эти две полосы принадлежат двум различным элек- тронно-структурным подсистемам. Целью настоящей работы является исследование взаимного перераспределeния интенсивности полос люминесценции и изменения спектрального поло- жения полос в результате облучения монокристал- лов ВТСП YBa2Cu3O7-δ световыми квантами с энер- гией Eexcit = 3.4 эВ до максимальной дозы (Φt)max ~ 1.5∗1020 фотон∗см-2. Насколько нам известно, ранее подобные исследования не проводились. Выбор ВТСП YBa2Cu3O7-δ (кристаллическая ре- шетка этого соединения представлена на рис. 1) в качестве объекта исследования связан с тем обстоя- тельством, что в этом металлооксидном соединении содержание так называемого слабосвязанного кис- лорода в позициях O4 и О5 (т.е. в плоскостях CuO1-δ – “резервуарах заряда”) может изменяться в макси- мально возможных пределах: от значения кисло- родного параметра (7 - δ) ~ 7 (орторомбическая O-I- структура, металлическая фаза, сверхпроводник с Tc ~ 90 K, почти все кислородные позиции в цепочках …– Cu1 – O4 – Cu1 –… вдоль оси b заполнены, по- чти все позиции О5 в цепочках … – Cu1 – O5 – Cu1 –… вдоль оси a вакантны) до значения (7 - δ) ~ 6 (тетрагональная Т-структура, диэлектрик, все кисло- родные позиции O4 и О5 вакантны), включая полу- проводниковую орторомбическую O-II-фазу [(7 - δ) ~ 6.5, Тс ~ 60 K]. Поскольку основным связующим процессом для обеих электронно-структурных под- систем является перенос заряда между плоскостями CuO1-δ и CuO2 по “маршруту” O4 – Cu1 – O1 – Cu2 – __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с66-69. 66 mailto:nsc@kipt.kharkov.ua; O2, то есть основания полагать, что результаты подобных исследований могут позволить выяснить природу перераспределения зарядов между подси- стемами и, в конечном итоге, внести определенный вклад в решение проблемы установления природы явления высокотемпературной сверхпроводимости. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Во всех экспериментах для возбуждения спек- тров люминесценции (СЛ) использовалась ртутная лампа стационарного горения ДРШ–500 [при приме- няемой в работе энергии возбуждения Eexcit = 3.4 эВ поток падающего на образец излучения (Φ) состав- лял ~ 1016 фотон∗cм-2.с-1]. Исследование люминес- ценции проводилось по схеме “на отражение” – вто- ричное излучение проецировалось на щель сканиру- ющего монохроматора МДР–3 с решеткой 1200 ли- ний/мм, обеспечивающей разрешение по длине вол- ны (δλlum) фотоумножителя ФЭУ–79, работающего в режиме счета фотонов. При выполнении настоящей работы впервые в практике исследования люминесценции были ис- пользованы современные компьютерные методы анализа СЛ, позволяющие при помощи стандартно- го статистического метода проверки гипотез по кри- терию χ2 определять спектральное положение Elum (или λlum), ширину ∆λlum и интегральную интенсив- ность Ilum спектральных полос и погрешности всех измеряемых величин. Рис. 1. Кристаллическая решетка ВТСП YBa2Cu3O7 Для установления характера влияния светового облучения на люминесценцию ВТСП многократно записывали СЛ от поверхности монокристаллов YBa2Cu3O7-δ,, находящихся в различных структур- ных состояниях. Параметры СЛ определяли для каждого цикла облучения1. В работе исследовались 1 Естественно, что точность определения спектральных па- образцы YBa2Cu3O7-δ,для которых значения кисло- родного параметра (7 - δ) составляли соответствен- но 6.1 ± 0.05 (Т-фаза); 6.41 ± 0.05 (O-II-фаза) и 6.9 ± 0.05 (O-I-фаза). РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Спектральное положение полос люминесценции Elum и их относительная интенсивность Ilum = I ~ 2.8 эВ/I ~ 2.4 эВ для образцов YBa2Cu3O7-δ, находящихся в ди- электрической Т- или в металлической O-I-фазе (Тс ~ 90 K), практически не зависят от дозы облучения Φt. Ширина спектральных линий λlum также не из- менялась2. Иная картина наблюдается для образца состава ВТСП YBa2Cu3O6.41 (“полупроводниковая” O-II-фаза, находящаяся на фазовой диаграмме на границе перехода “диэлектрик – металл”). В ре- зультате светового облучения наблюдаются не- большие, но статистически значимые эффекты эво- люции СЛ: до достижения числа циклов светового облучения ~ 15 – 20 (достаточно грубая оценка ве- личины Φt дает ~ 6∗1019 фотон∗см-2) наблюдается тенденция к снижению Elum обеих полос, соотноше- ние интенсивностей полос Ilum остается практически постоянным; при Φt > ~ 6∗1019 фотон∗см-2 наблюда- ются тенденции к росту Elum обеих полос, суще- ственно и достаточно резко возрастает величина Ilum (рис.2, 3). Рис. 2. Зависимость Ilum от числа сканов и дозы све- тового облучения. Очень существенно то обстоятельство, что с уве- раметров “единичных” СЛ существенно ниже, чем усредненных параметров, получаемых в результате многократного сканирова- ния спектров. 2 Сразу же отметим, что заметных эффектов изменения ши- рины спектральных линий не удалось обнаружить и для обрзцов состава YBa2Cu3O6.41. __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с66-69. 67 личением интенсивности световой накачки, т.е. с увеличением числа электронов, инжектируемых в зону проводимости, поведение интенсивности и спектрального положения полос люминесценции примерно соответствует сценарию, близкому к ха- рактерному для сценария металлизации спектра ВТСП в результате химического допирования, т.е. повышения содержания слабо-связанного кислорода в цепочках …– Cu1 – O4 – Cu1 –… . Доказатель- ством тому служит полное сходство зависимостей Elum(Φt) и Ilum(Φt) (см. рис. 2, 3) с зависимостями Elum(7 - δ) и Ilum(7 - δ) в области существования полу- прoводниковой O-II- и металлической O-I-фаз: такие же изменения параметров СЛ наблюдаются при по- вышении содержания слабосвязанного кислорода от “стартового” значения кислородного параметра (7 - δ) = 6.41 до (7 - δ)max ∼ 6.9 (рис.4, 5) [2, 3]. Таким об- разом, в экспериментах по фотодопированию образ- ца ВТСП YBa2Cu3O7-δ с индексом допирования (7 - δ) = 6.41 (см. рис. 2, 3), т.е. находящегося вблизи фа- зовой границы “диэлектрик – металл”, возникает порог фотооблучения Φt ~ 6∗1019 фотон∗cм-2, выше которого зависимость Ilum =I ~ 2.8 эВ/I ~ 2.4 эВ от дозы об- лучения ведет себя подобно зависимости Ilumот кис- лородного индекса в области металлизации при хи- мическом допировании (см. рис. 4, 5). Рис. 3. Зависимость Еlum от числа сканов и дозы светового облучения С точки зрения представлений о перетекании заря- дов между плоскостями CuO2 и CuO1-δ, это означает, что при фотовозбуждении с пороговой дозой в цепо- чечной структуре …– Cu1 – O4 – Cu1 –… произо- шли изменения, приводящие к открытию канала ме- таллизации спектра вследствие перетекания нор- мальных электронов в цепочечную плоскость CuO1- δ. Открытие этого канала металлизации происходит в результате накопления дозы фотооблучения Φt, что приводит к необходимости рассмотрения элек- тронно-стимулированных процессов удлинения це- почек. Напомним, что металлизация сопровождает- ся увеличением длины цепочек [4]: при значении кислородного индекса (7 - δ) > 6.4 длина медь–кис- лородных фрагментов в цепочках …– Cu1 – O4 – Cu1 –… достигает критического размера в 3 – 4 пары ионов (иными словами, возникают зародыши металлической O-I-фазы, способные к росту). Рис. 4. Зависимость Ilum от кислородного индекса (7 – δ) Рис.5. Зависимость Ilum от кислородного индекса (7 – δ) Поскольку удлинение цепочек связано с присо- единением кислорода на концы оборванных Cu–O- связей вдоль оси b, то процесс электронно-стимули- рованного удлинения цепочекэквивлентен процессу слабосвязанного кислорода. Можно полагать, что энергия возбужденного электрона, выделяющаяся в цепочках при его локализации, способствует 68 проедолению энергетического барьера ΔЕ для диф- фузии кислорода, величина которого составляет ~ 1 эВ [5]. Очень высокий уровень изменения величины I ~ 2.8 eV/I ~ 2.4 eV при фотодопировании (почти в два раза!) сопоставим с эффектом химического допирования при изменении величны кислородного индекса (7 - δ) от 6.5 до 6.9. В самом грубом приближении это может означать, что облучение ВТСП состава YBa2Cu3O~6.41 дозой Φt ~ 6∗1019 фотон∗cм-2 световых квантов с энергией Eexcit ~ 3.4 эВ эквивалентно пере- носу отрицательного заряда в 0.5 атомной единицы из плоскости CuO2 в цепочку CuO1-δ. Расчет числа элементарных ячеек в облучаемом светом объеме ВТСП (глубину проникновения света в YBa2Cu3O7δ, равную ∼ 700 Å, измеряли в работе [6]) показывает, что такому переносу заряда приблизительно соот- ветствует доза облучения ~ 1 фотон/эл.яч. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Подчеркнем в заключение, что наблюдаемые нами спектральные сдвиги и перераспределение ин- тегральной интенсивности полос люминесценции, принадлежащих различным электронно-структур- ным подсистемам (плоскость переноса заряда CuO2 и цепочечная плоскость CuO1-δ), позволяет исследо- вать процессы перетекания заряда между подсисте- мами. Основным итогом изучения влияния фото- облучения на СЛ ВТСП YBa2Cu3O7-δ, являющегося предметом настоящей работы, следует считать сле- дующее. 1. Перераспределение интегральной интенсивно- сти полос люминесценции и энергетический сдвиг полос, принадлежащих различным электронно- структурным подсистемам (плоскость переноса за- ряда CuO2 и цепочечная плоскость CuO1-δ), позволя- ют исследовать процессы перетекания заряда между этими подсистемами. 2. Установление наличия корреляции между электронно-структурными свойствами и оптически- ми параметрами ВТСП YBa2Cu3O7-δ, особенно на- глядно проявляющейся в экспериментах по фото- облучению, открывает перспективы для использова- ния СЛ ВТСП в качестве эффективного оптическо- го зонда для диагностики электронных процессов в этих веществах. ЛИТЕРАТУРA 1.Т.В.Сухарева, В.В.Еременко. Спектры люминес- ценции и кристаллическая структура высокотемпе- ратурных сверхпроводников. //ФТТ. 1997, т.39, №10, с.1739-1746. 2.В.В.Еременко, Т.В.Сухарева, В.Н.Самоваров. Спектры люминесценции и кристаллическая струк- тура высокотемпературных сверхпроводников. //ФТТ. 2000, т.42, №5, c.797-804. 3.T.V. Sukhareva. Evolution of HTSC YBa2Cu3O7-δ lu- minescence spectrum at the superconducting transition. //Functional Materials. 1997, v.4, N3, p.430-433. 4.T.V.Sukhareva. Photoluminescence of HTSC YBa2Cu3O7-δ single crystals with different oxygen con- tents //Functional Materials. 1997,v.4, N4, p.467-471. 5.V.I.Kudinov., I.L.Chaplygin, A.I.Kirilyuk, N.M.Kreines, R.Laiho, E.Lahderanta, C.Ayache. Per- sistent photoconductivity in YBa2Cu3O6+x films as a method photodoping toward metallic and superconduct- ing phases //Phys. Rev.1993, v.47, N14, p.9017-9028. 6.I.Bozovik, K.Char, S.J.B.Yoo. Optical anisotropy of YBa2Cu3O7-δ. //Phys. Rev.1988, v.38, N7, p.5077-5088. 7.J.D.Jorgansen. Defects and superconductivity in the copper oxides //Phys. Today.1991, v.44, N6, p.34-40. __________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с66-69. 69 ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СПЕКТРЫ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА YBa2Cu3O7-δ ВВЕДЕНИЕ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ литературA

Влияние светового облучения на спектры люминесценции высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O₇-δ

Institution

Ähnliche Einträge