Люминесценция экситонных возбуждений в криокристаллах криптона с примесями молекулярного дейтерия

Abstract

Представлены результаты исследования спектров ВУФ и УФ катодолюминесценции твердых смесей на основе криптона — Kr–D₂, Kr–D₂–O₂, Kr–Xe–O₂ — в зависимости от концентрации допантов. Показано, что введение примеси молекулярного дейтерия в кристаллы криптона не вызывает появления новых спектральных особенностей, что свидетельствует об отсутствии возбуждения или диссоциации D₂ при облучении кристаллов электронами. При этом обнаружено значительное увеличение интенсивности собственного излучения матрицы, тем большее, чем выше концентрация D₂. Выявлено, что наблюдаемый рост интенсивности вызван локализацией экситонных возбуждений матрицы в ограниченном объеме кристалла в результате их квазиупругого рассеяния на примесных молекулах дейтерия, что приводит к существенному уменьшению длины свободного пробега и диффузионного смещения экситонов, а так же ускорению процесса их автолокализации. Обсуждаются возможные механизмы тушения люминесценции в чистых криокристаллах криптона. Показано, что тушение обусловлено аннигиляцией экситонов в процессах их взаимодействия между собой или другими электронными возбуждениями кристалла.

Представлено результати дослідження спектрів ВУФ і УФ катодолюмінесценції твердих сумішей на основі криптону — Kr–D₂, Kr–D₂- Kr–Xe–O₂ — в залежності від концентрації допантів. Показано, що введення домішок молекулярного дейтерію в кристали криптону не визиває виникнення нових спектральних особливостей, що свідчить про відсутность збудження або дисоціації D₂ при опромінюванні кристалів електронами. При цьому виявлено значне зростання інтенсивності власного випромінювання матриці, тим більше, ніж вище концентрація D₂. Виявлено, що зростання інтенсивності, що спостерігається, визвано локалізацією екситонних збуджень матриці в обмеженому об’ємі кристала в результаті їх квазіпружнього розсіювання на домішках молекул дейтерію, що приводить до суттєвого зменшення довжини вільного пробігу та дифузійного зміщення екситонів, а також прискорення процесу їх автолокалізації. Обмірковуються можливі механізми згасання люмінесценції в чистих кріокристалах криптону. Показано, що згасання обумовлено анігіляцією екситонів у процесах їх взаємодії проміж себе або іншими електронними збудженнями кристалу.

The experimental data on VUV and UV cathodoluminescence spectra of Kr-based solid mixtures Kr–D₂, Kr–D₂–O₂, and Kr–Xe–O₂ for various dopant concentrations are presented. It is shown that introduction of a molecular deuterium impurity into krypton cryocrystals does not result in any new spectral features, suggesting that no excitation or dissociation of D₂ takes place upon electron irradiation of the crystals. The intensity of the luminescence of matrix excitations is found to grow with D₂ concentration. It is shown that the observed intensity growth is related to localization of matrix excitons in a limited crystal volume due to their quasi-elastic scattering by deuterium impurity molecules which results in a considerable decrease in mean free path and diffusion path length of the excitons, as well as their faster localization. Possible mechanisms of luminescence quenching in pure krypton cryocrystals are discussed. It is concluded that the quenching is due to annihilation of excitons in the process of their interactions with each other and with other electronic excitations of the crystal.