Preview

Вестник НЯЦ РК

Расширенный поиск

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ Y3Al5O12 (100) ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ КСЕНОНА

https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-2-103-109

Аннотация

YAG (Y3Al5O12) является одним из важных оптических материалов. Он широко используется в твердотельных лазерах, осветительных приборах в качестве преобразователя белого светодиода, а также в сцинтилляционной технике.

В настоящей работе монокристаллы YAG (100) облучались ионами Xe с энергией 230 МэВ до флюенсов 6·1010– 1013 ион/см2, что позволяет изучить поведение материала в полях жесткой радиации. Для анализа облученных кристаллов YAG использовались следующие методы исследования: спектроскопия оптического поглощения и спектроскопия комбинационного рассеяния. Анализ спектров поглощения показывает образование центров окраски в облученных образцах YAG. Концентрация различных типов точечных дефектов значительно увеличивается с ростом флюенса. Разностные спектры обнаруживают перекрывающиеся полосы в диапазоне 4,1–5,2 эВ, которые соответствуют различным конфигурациям F2-центров. С увеличением флюенса приповерхностный слой становится аморфным, и материал аморфизуется. Высокоэнергетические моды рамановских спектров начинают расширяться уже при флюенсе 1010 ион/см2. Учитывая высокую степень воздействия ионов Xe, можно утверждать, что начиная с флюенса 1012 ион/см2 все катион-анионные связи практически разрушаются.

Об авторах

Ж. Б. Досмағамбетов
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

 Астана 



Р. Н. Асылбаев
Павлодарский педагогический университет им. Ә. Марғұлан
Казахстан

Павлодар



Ж. Т. Карипбаев
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



Д. А. Джунисбекова
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



А. Т. Акилбеков
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



А. К. Даулетбекова
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



Г. Б. Ергешбай
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



Б. Ғ. Сұлтан
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Казахстан

Астана



Список литературы

1. Zorenko Y. et al. Luminescence of excitons and antisite defects in the phosphors based on garnet compounds // Radiation measurements. – 2004. – V. 38. – No. 4–6. – P. 677–680. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2004.02.009

2. Zorenko Y. V. et al. Luminescence of excitons in singlecrystal garnets //Optics and Spectroscopy. – 2004. – V. 96. – P. 390–397. https://doi.org/10.1134/1.1690031

3. Zorenko Y. et al. Exciton and antisite defect‐related luminescence in Lu3Al5O12 and Y3Al5O12 garnets // Physica status solidi (b). – 2007. – V. 244. – No. 6. – P. 2180–2189. https://doi.org/10.1002/pssb.200642431

4. Franta D., Mureșan M. G. Wide spectral range optical characterization of yttrium aluminum garnet (YAG) single crystal by the universal dispersion model // Optical Materials Express. – 2021. – V. 11. – No. 12. – P. 3930– 3945. https://doi.org/10.1364/OME.441088

5. Lupei V., Lupei A. Nd: YAG at its 50th anniversary: Still to learn // Journal of Luminescence. – 2016. – V. 169. – P. 426–439. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.04.018

6. Nandi P. et al. Study of crystallization kinetics, microstructure and optical properties of Ce: YAG glassceramics for white LED applications // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2022. – P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s10973-021-10690-w

7. Borlaf M. et al. Strong photoluminescence emission at low dopant amount in YAG: Ce and YAG: Eu phosphors // Materials Research Bulletin. – 2018. – V. 100. – P. 413– 419. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.01.005

8. Zapadlík O. et al. Engineering of YAG: Ce to improve its scintillation properties // Optical Materials: X. – 2022. – V. 15. – P. 100165. https://doi.org/10.1016/j.omx.2022.100165 .

9. Sidletskiy O. et al. Impact of carbon co-doping on the optical and scintillation properties of a YAG: Ce scintillator // Crystal Growth & Design. – 2021. – V. 21. – No. 5. – P. 3063–3070. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.1c00259

10. Pankratov V. et al. Peculiarities of luminescent properties of cerium doped YAG transparent nanoceramics // Radiation Measurements. – 2010. – V. 45. – No. 3-6. – P. 392– 394. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.12.014

11. Euler F., Bruce J. A. Oxygen coordinates of compounds with garnet structure // Acta Crystallographica. – 1965. – V. 19. – No. 6. – P. 971–978. https://doi.org/10.1107/S0365110X65004747

12. Euler F., Bruce J. A. Oxygen coordinates of compounds with garnet structure //Acta Crystallographica. – 1965. – V. 19. – No. 6. – P. 971–978. https://doi.org/10.1107/S0365110X65004735

13. Ashurov M. K. et al. Spectroscopic study of stoichiometry deviation in crystals with garnet structure // Physica status solidi (a). – 1977. – V. 42. – No. 1. – P. 101–110. https://doi.org/10.1002/pssa.2210420108.

14. Dong J., Lu K. Noncubic symmetry in garnet structures studied using extended x-ray-absorption fine-structure spectra // Physical Review B. – 1991. – V. 43. – No. 11. – P. 8808. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.8808

15. Landron C. et al. Yttrium coordination shell in YAG related structures // Physica status solidi (b). – 1996. – V 196. – No. 1. – P. 25–31. https://doi.org/10.1002/pssb.2221960104

16. Kuklja M. M., Pandey R. Atomistic modeling of native point defects in yttrium aluminum garnet crystals // Journal of the American Ceramic Society. – 1999. – V. 82. – No. 10. – P. 2881–2886. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1999.tb02172.x

17. Kuklja M. M. Defects in yttrium aluminium perovskite and garnet crystals: atomistic study // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2000. – V. 12. – No. 13. – P. 2953. https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/13/307

18. Liu Bo, Gu Mu, Liu Xiaolin, Huang Shiming, Ni Chen. Formation energies of antisite defects in Y3Al5O12: A firstprinciples study // Applied Physics Letters. – 2009. – V. 94. – No. 12. https://doi.org/10.1063/1.3109799

19. Nikl M., Laguta V. V., Vedda A. Complex oxide scintillators: Material defects and scintillation performance // Physica status solidi (b). – 2008. – V. 245. – No. 9. – P. 1701–1722. https://doi.org/10.1002/pssb.200844039

20. Stanek C.R., McClellan K.J., Levy M.R., Milanese C., Grimes R.W. The effect of intrinsic defects on Re3Al5O12 garnet scintillator performance // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2007. – V. 579. – No. 1. – P. 27–30. https://doi.org/10.1016/j.nima.2007.04.006

21. Fleischer R. L., Price P. B., Walker R. M. Nuclear tracks in solids: principles and applications. – Univ of California Press, 2022.

22. Komarov F. F. Nano-and microstructuring of solids by swift heavy ions // Physics-Uspekhi. – 2017. – V. 60. – No. 5. – P. 435. https://doi.org/10.3367/UFNe.2016.10.038012

23. Ziegler J. F., Biersack J. P. The stopping and range of ions in matter // Treatise on heavy-ion science: volume 6: astrophysics, chemistry, and condensed matter. – Boston, MA: Springer US. – 1985. – P. 93–129.

24. Popov A. I., Kotomin E. A., Maier J. Basic properties of the F-type centers in halides, oxides and perovskites // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2010. – V. 268. – No. 19. – P. 3084–3089. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.05.053

25. Zorenko Y., Zorenko T., Voznyak T. Luminescence centers in Y3Al5O12:La single crystals // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. – 2011. – V. 289. – No. 1. – P. 012028. https://doi.org/10.1088/1742-6596/289/1/012028

26. Izerrouken M., Meftah A., Nekkab M. Color centers in neutron-irradiated Y3Al5O12, CaF2 and LiF single crystals // Journal of luminescence. – 2007. – V. 127. – No. 2. – P. 696–702. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2007.04.005

27. Zorenko Y., Zorenko T., Voznyak T., Mandowski A., Xia Q., Batentschuk M., Friedrich J. Luminescence of F+ and F centers in Al2O3-Y2O3 oxide compounds // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2010. – V. 15. – No. 1. – P. 012060. https://doi.org/10.1088/1757-899X/15/1/012060

28. Izerrouken M., Meftah A., Nekkab M. Radiation damage induced by swift heavy ions and reactor neutrons in Y3Al5O12 single crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2007. – V. 258. – No. 2. – P. 395–402. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.02.092

29. Springis M., Pujats A., Valbis J. Polarization of luminescence of colour centres in YAG crystals // Journal of Physics: Condensed Matter. – 1991. – V. 3. – No. 28. – P. 5457. https://doi.org/10.1088/0953-8984/3/28/021

30. Masumoto T., Kuwano Y. Effects of oxygen pressure on optical absorption of YAG // Japanese journal of applied physics. – 1985. – V. 24. – No. 5R. – P. 546. https://doi.org/10.1143/JJAP.24.546

31. Kvapil J., Kvapil J., Kubeček V. Laser properties of YAG: Nd grown from the melt contained in molybdenum crucibles // Czechoslovak Journal of Physics B. – 1979. – V. 29. – No. 11. – P. 1282–1292. https://doi.org/10.1007/BF01590449

32. Nikl M. et al. Scintillator materials – achievements, opportunities, and puzzles // IEEE transactions on nuclear science. – 2008. – V. 55. – No. 3. – P. 1035–1041. https://doi.org/10.1109/TNS.2007.913480

33. Meftah A., Djebara M., Khalfaoui N., Stoquert J.P., Studer F., Toulemonde M. Thermal spike description of the damage creation in Y3Al5O12 induced by swift heavy ions // Materials Science Forum. – 1997. – V. 248. – P. 53–56.

34. Poulos Markos, Giaremis Stefanos, Kioseoglou Joseph, Arvanitidis John, Christofilos Dimitris, Ves Sotirios, P. Hehlen Markus, Neil L. Allan, Chris E. Mohn, and Papagelis Konstantinos. Lattice dynamics and thermodynamic properties of Y3Al5O12 (YAG) // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2022. – V. 162. – P. 110512. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2021.110512

35. Kostić S., Lazarević Z.Ž., Radojević V., Milutinović A., Romčević M., Romčević N.Ž., Valčić A. Study of structural and optical properties of YAG and Nd: YAG single crystals // Materials Research Bulletin. – 2015. – V. 63. – P. 80–87. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.11.033

36. Papagelis K., Kanellis G., Arvanitidis J., Kourouklis G.A., Ves S. Phonons in rare‐earth aluminum garnets and their relation to lattice vibration of AlO4 // Physica status solidi (b). – 1999. – V. 215. – No. 1. – P. 193–198. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199909 )215: 1%3C193::AID-PSSB193%3E3.0.CO;2-G

37. Papagelis K., Kanellis G., Ves S., Kourouklis G.A. Lattice dynamical properties of the rare earth aluminum garnets (Re3Al5O12) // Physica status solidi (b). – 2002. – V. 233. – No. 1. – P. 134–150. https://doi.org/10.1002/1521-3951(200209)233:1%3C134::AID-PSSB134%3E3.0.CO;2-Z

38. Herzberg G. Molecular spectra and molecular structure I // Spectra of diatomic molecules. – 1950.


Рецензия

Для цитирования:


Досмағамбетов Ж.Б., Асылбаев Р.Н., Карипбаев Ж.Т., Джунисбекова Д.А., Акилбеков А.Т., Даулетбекова А.К., Ергешбай Г.Б., Сұлтан Б.Ғ. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ Y3Al5O12 (100) ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ КСЕНОНА. Вестник НЯЦ РК. 2025;(2):103-109. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-2-103-109

For citation:


Dosmagambetov Zh.B., Assylbayev R.N., Karipbayev Zh.T., Junisbekova D.A., Akilbekov A.T., Dauletbekova A.K., Yergeshbay G.B., Sultan B.G. OPTICAL PROPERTIES OF Y3Al5O12 (100) SINGLE CRYSTALS IRRADIATED WITH HIGH-ENERGY XENON IONS. NNC RK Bulletin. 2025;(2):103-109. (In Russ.) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-2-103-109

Просмотров: 6


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7516 (Print)
ISSN 1729-7885 (Online)