1    2    3    4    5    6    7    8    9   «  

The paper was presented at symposium: "Growth and characterization of crystals" in UŚ Katowice, Poland 6-7.04.2000 and was printed in: "Prace ITME" at 2001.

Growth and Characterization of SrLaGa3O7 single crystals highly doped with Co

S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, J. Fink-Finowicki, M. Kwaśny, M. Palczewska, S. Warchoł

Abstract

Cobalt doped SrLaGa3O7 single crystals have been grown by the Czochralski method in a pure nitrogen atmosphere and by a floating zone method with optical heating in air. Starting concentrations of Co in the melt were: 0.15, 0.3, 2 and 3 mol.% with respect to Ga by the Czochralski method whereas 2 and 4 mol.% by the floating zone method. Crystals with 20 mm diameter were pulled from a 40 mm diameter iridium crucible on <001> oriented seeds. Absorption and ESR spectra were analyzed with the aim of define of oxidation state and site of cobalt ions. It was stated that cobalt 2+ substitute octahedral sites, which is rather not expected result. 3+ state one can obtain by irradiation with g-rays, electrons, protons, annealing at oxidizing atmosphere or codoping with e.g. V5+.

Wzrost i charakteryzacja monokryształów SrLaGa3O7 wysoko domieszkowanych jonami kobaltu

 S.M. Kaczmarek1, M. Berkowski2, J. Fink-Finowicki2, M. Kwaśny1, M. Palczewska3,

S. Warchoł4

 

1 – Institute of Optoelectronics MUT, Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw, Poland

2 – Institute of Physics PAS, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warsaw, Poland

3 – Institute of Electronic Materials Technology, Wólczyńska 133, 01-919 Warsaw, Poland

4 – Institute of Chemistry and Nuclear Technics, Dorodna 16, 05-950 Warsaw, Poland

Streszczenie

Opisano warunki otrzymania monokryształów SrLaGa3O7 metodą Czochralskiego domieszkowanych kobaltem o koncentracji kobaltu w roztopie 0.15mol.%, 0.3mol.%, 2mol.% i 3mol.% w stosunku do galu. Przedstawiono wyniki badań widm absorpcji i EPR tych kryształów pod kątem analizy stanu walencyjnego domieszki i miejsca, gdzie podstawia się ona w sieci SrLaGa3O7. Stwierdzono, że kobalt podstawia się w tym krysztale w postaci Co2+ w położeniach o symetrii oktaedrycznej. Walencyjność 3+ można uzyskać poprzez naświetlanie kryształu kwantami gamma, elektronami, protonami i wygrzewanie w atmosferze utleniającej oraz kodomieszkowanie np. V5+.  

1. Wstęp

Kryształy SrLaGa3O7 (SLGO) należą do rodziny podwójnych galatów metali alkalicznych i ziem rzadkich. Jest to związek tetragonalny (grupa przestrzenna – P-421m, D32d) o strukturze gelenitu (Ca2Al2SiO7). Parametry komórki elementarnej SLGO są: a=0.8058 nm oraz c=0.5333 nm.

            Kryształy gelenitów takich jak BaLaGa3O7 (BLGO) [1], SrLaGa3O7, SrGdGa3O7 (SGGO) były otrzymywane jako potencjalne matryce laserowe [2, 3]. Dla zastosowań laserowych domieszkowano je neodymem [4], prazeodymem [5] i chromem [6].

            Wysoko domieszkowane (do 10 at.%) monokryształy SLGO:Nd3+ z powodzeniem wykorzystano jako matrycę laserową [4]. Z uwagi na znacząco duży, w porównaniu z kryształem Y3Al5O12:Nd, obszar występowania pojedynczego impulsu, laser SLGO:Nd może znaleźć, większe niż YAG: Nd3+, zastosowanie w laserowych układach znakowania [4]. Parametry lasera SLGO:Pr3+ są zdecydowanie gorsze (wyższa progowa energia generacji, mniejsza sprawność różniczkowa i mniejsze wartości energii wyjściowej) od YAG:Pr. Ponadto możliwe do wprowadzenia koncentracje Pr nie są zbyt wysokie (1at.%) [5].

            Podobna sytuacja ma miejsce dla kryształu SLGO:Cr3+, czy SGGO:Cr4+gdzie maksymalna koncentracja domieszki (Cr3+) może osiągnąć zaledwie 0.15at.% [6].

            Zainteresowanie kryształami domieszkowanymi jonami metali przejściowych związane jest z ich potencjalnym zastosowaniem jako materiałów dla laserów przestrajalnych jak również jako materiałów na pasywne modulatory. Kierując się sukcesem szafiru domieszkowanego jonami tytanu, cała uwaga została skierowana na trójwartościowy chrom zlokalizowany w słabym polu krystalicznym [7], czterowartościowy chrom [8], czterowartościowy wanad [9] oraz jony kobaltu [10].

            W przypadku materiałów domieszkowanych Nd3+i Pr3+ domieszka podstawia się w krysztale SLGO w miejsce La3+, zaś w przypadku Cr3+, w miejsce Ga3+ (symetria tetraedryczna). Przy domieszkowaniu jonami metali przejściowych zastanawia bardzo mała koncentracja chromu, którą można wprowadzić do kryształu SLGO. Może to być związane z faktem, że chrom wchodzi do tego kryształu w postaci Cr3+ ale i Cr2+. Jak wynika z badań przeprowadzonych w pracy [6], chromu w stanie ładunkowym 2+ może być nawet 50% całkowitej ilości chromu wprowadzonego do kryształu. Takie jony jak V, Co mają silną tendencję do tworzenia mieszanych systemów walencyjnych (V3+, V4+; Co2+, Co3+) nawet wtedy, gdy wprowadza się pewną ilość jonów kompensujących ładunek w celu uzyskania stanu jednowalencyjnego [11]. W matrycach, które mają oktaedryczne i tetraedryczne miejsca w sieci gdzie mogą podstawiać się domieszki aktywne, np. w granatach, luminescencja jonów o symetrii oktaedrycznej jest reabsorbowana przez jony o symetrii tetraedrycznej. Ponadto luminescencja metali przejściowych czasami jest całkowicie gaszona w wielu matrycach [12], a mechanizm za to odpowiedzialny nie jest dotąd znany.

            Celem pracy jest otrzymanie wysoko domieszkowanych kobaltem kryształów SLGO:Co, określenie ich właściwości optycznych (absorpcja, luminescencja), jak również określenie przy pomocy badań EPR oraz poprzez wygrzewanie i naświetlanie tych kryształów kwantami gamma i protonami, stopnia utlenienia jonów kobaltu.

2. Warunki eksperymentu

2.1. Warunki wzrostu monokryształów SLGO: Co

Monokryształy SLGO:Co otrzymano metodą Czochralskiego w atmosferze azotu, zawierającej 1 obj. % tlenu. Stosowano tygiel irydowy o średnicy f = 40 mm. Kryształy otrzymywano na zarodkach zorientowanych wzdłuż kierunku <001> z prędkością wzrostu malejącą od 2.2 do 1 mm/h przy wzroście koncentracji kobaltu w roztopie.

Jako materiały wyjściowe do krystalizacji użyte zostały wysokiej czystości węglany SrCO3 (4N5) i tlenki La2O3 (5N), Ga2O3 (5N), Co3O4 (3N). Składy wyjściowe do krystalizacji obliczone zostały na podstawie znajomości składu topiącego się kongruentnie t. zn. Sr1.04La0.935Ga3.02O7-d, a koncentracje domieszki kobaltu w składzie wyjściowym określone w stosunku do galu wynosiły odpowiednio: 0.15% (P1), 0.3% (P2), 2% (P3) oraz 3 % mol. (P4). Uzyskano monokryształy o średnicy około f = 20 mm, i długościach do L = 60 mm w kolorze niebieskim tym ciemniejszym im wyższa była koncentracja domieszki. W krysztale o najwyższej koncentracji kobaltu zaobserwowano w obszarze rdzenia wytrącenie w postaci plamki o średnicy około 1 mm propagujące się wzdłuż kierunku wzrostu. Wytrąceń tego typu nie obserwowano w kryształach o niższych koncentracjach domieszki.

 Rysunek 1 przedstawia zdjęcie monokryształu SLGO:Co o koncentracji jonów kobaltu 0.3 % mol.

2.2. Źródła naświetlań

Zastosowano źródło kwantów gamma 60Co (ICHTJ Warszawa) o wydajności 1.5 Gy/s, dawki od 104 do 105 Gy. Do naświetlania protonami wykorzystano cyklotron C-30 (IPJ Świerk). Średnia energia protonów wynosiła około 21 MeV a strumienie protonów zmieniały się do wartości 2*1014 protonów/cm2.

 

Rys. 1. Zdjęcie monokryształu Co:SLGO o koncentracji kobaltu równej 0.3 mol. %.

2.3 Badania spektroskopowe

Próbki monokryształów SLGO:Co domieszkowane Co o koncentracji 0.15mol.% (P1), 0.3mol.% (P2), 2mol.% (P3) i 3mol.% (P4), o wymiarach 7*7*1 mm cięto prostopadle do osi wzrostu w płaszczyźnie (111). Po polerowaniu optycznym obu stron próbek mierzono ich transmisję przed i po naświetleniu kwantami gamma i protonami przy pomocy spektrofotometru LAMBDA-900, firmy Perkin-Elmer. Następnie liczono absorpcję i dodatkową absorpcję, spowodowaną przez napromieniowanie, z następującej relacji:

                                                                                                                                                                                                        (1)

gdzie: l – długość fali, d – grubość próbki, T1 i T2 – transmisje przed i po procesie naświetlenia, odpowiednio.

            Widmo fluorescencji otrzymano przy pomocy źródeł laserowych 442, 530 i 630 nm..

2.4 Badania EPR

            Próbki o rozmiarach 4*4*2 mm mierzono przy pomocy spektrometru BRUKER ESP-300 (pasmo X). Spektrometr wyposażony był w kriostat helowy typu ESR-900 Oxford Instruments. Linie EPR obserwowano przed i po naświetleniu próbek kwantami gamma dawką 105 Gy w zakresie temperatur od 6 to 15 K, moc mikrofalowa zmieniała się od 0,002 do 200 mW.

3. Wyniki

3.1. Absorpcja i luminescencja

Widma absorpcyjne badanych kryształów  P1... P4 przedstawiono na rysunku 2. Krawędź absorpcji podstawowej tego kryształu przypada na długość fali 255-295 nm, w zależności od koncentracji kobaltu. Na rysunku tym widać wyraźnie przejścia w jonach kobaltu dla długości fal: 576nm, 641nm, 731nm, 1105nm, 1679nm oraz 1831nm. Z analizy diagramów Tanabe-Sugano wynika, że trzy silne pasma absorpcji pomiędzy 500 i 800 nm mogą być związane z jonem Co2+ (węzeł wysokopolowy) w otoczeniu oktaedrycznym i odpowiadają przejściom pomiędzy stanami 2T1, 2T2 i 2T1  (Co2+) lub 1A1®1T1 (Co3+ - 731nm). Jeśli chodzi o absorpcję 1500 - 2000 nm to może być ona związana zarówno z jonem Co2+ jak i Co3+ w położeniu oktaedrycznym  (w obu przypadkach w węzłach niskopolowych), i odpowiadać odpowiednio przejściom 4T1(F)®4T2(F) (Co2+) albo 5T2®5E (Co3+) [12]. Pasmo z maksimum dla 1105 nm jest to przejście spinowo zabronione przejście 4T1®2T1 i 4T1®2T2. Przyjęcie wersji, że jony domieszki znajdują się w otoczeniu tetraedrycznym, prowadzi do wniosku, że zmierzone pasma absorpcji opisują stany o mieszanej wartościowości Co (2+ i 3+).

Rys. 2. Absorpcja monokryształów: P1 – 0.15mol.% (1), P2 - 0.3mol.% (2), P3 – 2mol.% (3) oraz P4 –3mol.% (4)

  Kryształ SLGO:Co (P2) pobudzony laserami o długościach fali 442 i 530nm daje szerokie widmo emisji z maksimum dla około 620 nm. Nie jest to jednak emisja pochodząca z jonów kobaltu.

Pobudzenie kryształów SLGO:Co laserem o długości fali 630 nm daje podobny obraz – brak świecenia jonów Co.

Rys. 3. Absorpcja kryształu P2 przed (1) i po naświetleniu kwantami gamma (2) dawką 8.1*104 Gy oraz dodatkowa absorpcja (3).

            Aby rozstrzygnąć wątpliwości związane z walencyjnością jonów kobaltu w kryształach SLGO, poddano je kolejno naświetlaniom kwantami gamma, protonami, a następnie wygrzewaniu w atmosferze powietrza i tlenu. Kwantami gamma naświetlono kryształy P2 (dawka 8.1*104 Gy) i P3 (próbka SLGCO3, dawka 105 Gy), zaś protonami naświetlono kryształ P3 (próbka SLGCO1, dawka 2*1014 protonów/cm2). Próbkę SLGCO3 wygrzano najpierw w powietrzu, w temperaturze 1100oC przez okres 13 godzin, zaś obie SLGCO3 i SLGCO1 wygrzano ostatecznie w tlenie w temperaturze 1050oC również przez okres 13 godzin.

Rys. 4. Absorpcja (a) i dodatkowa absorpcja kryształu P3 (SLGCO3) po kolejno: naświetleniu kwantami gamma dawką 105 Gy (b), wygrzaniu w powietrzu w temperaturze 1100oC przez 13 godzin (c) oraz wygrzaniu w tlenie w temperaturze 1050oC również przez 13 godzin.

  Naświetlenie kryształów P2 kwantami gamma o dawce 8.1*104 Gy prowadzi do pojawienia się kilku dodatkowych pasm absorpcji w obszarze przejść charakterystycznych dla jonów kobaltu, tzn. od ok. 500-800nm oraz 1200-2000nm (rysunek 3). Ta zmiana absorpcji jest efektem zmiany walencyjności jonów kobaltu. Jeśli przyjąć, że pasma w obszarze widzialnym i podczerwieni należą do jonów Co2+, to po naświetleniu pojawiają się w krysztale SLGO jony Co3+ (w wyniku zjawiska jonizacji Co2+ + kwant g ® Co3+). Powinno więc powstać pasmo dodatniej dodatkowej absorpcji, charakterystyczne dla jonów Co3+, czego na rysunku 3 nie widać.

Rys. 5. Absorpcja (a) i dodatkowa absorpcja w krysztale P3 (SLGCO1) po naświetleniu protonami dawką 2*1014 protonów/cm2 (b) i po wygrzaniu w tlenie w temperaturze 1050oC przez 13 godzin (c)

Naświetlenie kryształu P3 dawką 105 Gy ujawnia takie pasmo z maksimum dla ok. 1200 nm (rys. 4b). Ponadto na samej krawędzi absorpcji pojawia się centrum barwne, przesuwające krawędź absorpcji w stronę fal długich. Nie jest to przesunięcie rzeczywiste, lecz wynikłe z dokładności pomiarów transmisji (0.001). Może ono być związane z efektem jonizacji jonów tlenu otaczających jon Ga3+, który wychwytując zjonizowany elektron przyjmuje wartościowość 2+ [13].

Rysunek 4 przedstawia również dodatkowe pasma absorpcji tego kryształu (SLGCO3) po kolejnym wygrzaniu go najpierw w powietrzu, a potem w tlenie. Widać te same pasma dodatkowej absorpcji świadczące o ubywaniu kolejnych centrów Co2+ i pojawianiu się Co3+.

Jak widać z podjętych prób zmiany walencyjności (naświetlania, wygrzewania) trudno uzyskać całkowitą wymianę jonów Co2+ na Co3+. Nie mniej jednak każda próba wykazuje kolejny efekt zmiany walencyjności w postaci pasm dodatkowej absorpcji (ujemnych) pojawiających się w obszarach widma absorpcji charakterystycznych dla przejść elektronowych w jonach kobaltu 2+.

Na rysunku 5 pokazano absorpcję i dodatkową absorpcję kryształu P3 (SLGCO1) naświetlonego protonami, następnie wygrzanego w tlenie przez okres 13 godzin. Jak widać również tutaj widać zmianę walencyjności jonów Co2+ na Co3+ w kolejnych próbach, zmianę, podkreślmy to, dokonującą się konsekwentnie w jedną stronę.

Porównując rysunki 4d i 5c widać, że naświetlenie protonami spowodowało jeszcze inne defekty kryształu SLGO:Co poza jonizacją domieszki aktywnej i rekombinacją Ga3+. Z innych badań autora wynika, że dla tej dawki należy spodziewać się wystąpienia w naświetlonym krysztale defektów typu Frenkla [13].

Przeprowadzone eksperymenty naświetlania kryształów SLGO:Co kwantami gamma, protonami i ich wygrzewania w atmosferze utleniającej wykazały, że dominującym procesem zmiany walencyjności jonów kobaltu jest ich jonizacja. Koncentrację jonów Co3+ można ocenić (na podstawie zmiany intensywności pasm jonów Co2+) na około 1mol.%. Tak więc przed tymi procesami, bezpośrednio po wzroście, kryształy te wykazywały obecność jednego tylko rodzaju domieszki, Co2+. Kształt pasm absorpcji, jaki uzyskaliśmy dla próbek SLGCO1 i SLGCO3, zawierających jony Co2+ i Co3+ jest bardzo podobny do kształtu pasm absorpcji jonów Co2+ i Co3+ w szkle Li2B4O7, które otrzymano w atmosferze powietrza.

3.2. Badania EPR

Przeprowadzono badania dwóch spośród czterech typów kryształów SLGO:Co P2 i P3. Rysunek 6 przedstawia widmo EPR kryształów P1 i P3 w kierunkach równoległym do pola magnetycznego (a ) oraz prostopadłym do pola magnetycznego (b).

                                    a)                                                                    b)

 

Rys. 6. Widmo EPR monokryształów P1 oraz P3, pole magnetyczne równoległe do osi c (a) i prostopadłe (b) dla temperatury około 12.5K

Rys. 7. Zależności kątowe widma EPR monokryształu SLGO:Co (0.15at.%) dla dwóch orientacji pola magnetycznego

W przedstawionych widmach nie widać linii charakterystycznych dla par jonów kobaltu. W kierunku równoległym do pola magnetycznego widmo jest anizotropowe, zawiera pojedynczą linię oraz grupę ośmiu linii struktury nadsubtelnej. Struktura nadsubtelna jest lepiej widoczna dla kryształu P2, o mniejszej koncentracji jonów kobaltu. Nie widać linii pochodzących od innej domieszki niż Co2+. Potwierdza się więc wniosek wynikający z badań dodatkowej absorpcji po naświetlaniu i wygrzewaniu, że w krysztale SLGO:Co po wzroście mamy do czynienia tylko z jonami Co2+. Ponadto, obecność grupy ośmiu linii struktury nadsubtelnej sugeruje, że Co2+ podstawia się w krysztale SLGO w położenia oktaedryczne.

                                            a)                                                                    b)

 

Rys. 8. Widmo EPR monokryształów P3, pole magnetyczne równoległe do osi c (a) i prostopadłe (b) przed (cienka linia) i po (gruba linia) naświetleniu kwantami gamma dawką 105 Gy

            Zbadaliśmy również jak wpływa naświetlenie kwantami gamma na postać widm EPR. Efekt tych badań dla kryształu P3 w dwóch, wzajemnie prostopadłych, kierunkach pola magnetycznego, przedstawia rysunek 8.

Widać, że mimo niewielkich zmian absorpcji (0.5 cm-1 – patrz rysunek 4b), zmiany w intensywności widma (spadek intensywności) są zauważalne i potwierdzają zmianę ilości centrów Co2+.

4. Badania widm RBS

Badania widm RBS przeprowadzono dla wszystkich czterech próbek naświetlając je również elektronami dawką 1017 cm-2. Rejestrowano widma rozpraszania cząstek a (He2+) o energii 1700 keV, prądzie I<8 nA w temperaturze 293K. Kąt położenia detektora Q=170o, ładunek Q=20mC. Otrzymano widma RBS typu „random” (dla dezorientacji próbek –8o<b<8o oraz widma typu „aligned” dla próbek zorientowanych. Wyniki pomiarów tych widm dla czterech badanych próbek (koncentracje: 0.15at.%, 0.3at.%, 2at.% i 3at.%) pokazuje rysunek 9.

            Jak widać z rysunku 9, w kanałach kryształu występują głównie jony La (kanał 870), Sr (kanał 813) oraz Ga (kanał 775). Nie widać innych jonów, w tym szczególnie kobaltu. Nie widać go ani w widmach typu „aligned”, ani „random”. Wzrost koncentracji jonów kobaltu prowadzi do wzrostu koncentracji jonów Sr, La i Ga w położeniach międzywęzłowych, przy czym największy przyrost intensywności (zliczeń) obserwowany jest dla jonów La.

            Próbki kryształów SLGO:Co naświetlone elektronami wykazywały zwiększoną oporność (świadczy to o zwiększeniu szerokości przerwy zabronionej) i w związku z uwalniającym się przy pomiarze ładunkiem ich widma RBS nie były miarodajne. Pomiary widm RBS należałoby w tym przypadku wykonać pokrywając wcześniej powierzchnię próbki warstwą grafitu.

 

 

Rys. 9. Widma RBS typu „random” i „aligned” monokryształów SLGO domieszkowanych kobaltem

5 . Dyskusja i wnioski

Pomiary zmiany absorpcji po naświetleniu kwantami gamma dawkami 8.1*104 Gy kryształu P2 oraz 105 Gy kryształu P3 (próbka SLGCO3) wykazują wyraźny spadek absorpcji w obszarze widma gdzie zazwyczaj obserwuje się przejścia w jonach kobaltu 2+. Kryształ, który po wzroście był ciemno-niebieski, rozjaśnia się i przyjmuje barwę błękitną. Podobny spadek absorpcji, obserwowany po kolejnym wygrzaniu kryształu P3 w atmosferze powietrza sugeruje, że za zmiany te odpowiada mechanizm jonizacji. Kryształ rozjaśnia się jeszcze bardziej. Ten sam charakter zmian obserwuje się po wygrzaniu tego kryształu w tlenie. Kryształ przyjmuje ostatecznie barwę błękitu morskiego. Podobny efekt obserwuje się dla kryształu P3 (próbka SLGCO1) po naświetleniu go protonami i następnie wygrzaniu w tlenie. Relacje amplitud intensywności linii absorpcji pozostają po wszystkich tych procesach niezmienione, co świadczy o tym, że przemianie podlega domieszka kobaltu o tej samej walencyjności. Ponieważ ten sam charakter zmian obserwujemy podczas wygrzewania w atmosferze utleniającej należy przypuszczać, że jonami występującymi w krysztale po wzroście są jony Co2+ i że procesy naświetlania i wygrzewania przeprowadzają je częściowo w jony Co3+. Zaobserwowane dodatnie pasmo dodatkowej absorpcji z maksimum dla ok. 1200 nm wydaje się być pasmem charakterystycznym dla przejść jonów Co3+. Obserwowana zmiana intensywności linii absorpcji o około 50% pozwala przypuszczać, że jony kobaltu o walencyjności 3 powstają w krysztale P3 (po ostatnim procesie wygrzania) w ilości ok. 1mol.%.

Wnioski te potwierdzają badania EPR. W widmie EPR badanych kryształów nie stwierdzono występowania innych linii, pochodzących od innych stanów walencyjnych jonów kobaltu. Ponadto intensywność linii Co2+ maleje po naświetleniu kwantami gamma. W związku z charakterystyczną postacią linii struktury nadsubtelnej widm EPR (grupa ośmiu linii) należy sądzić, że jony Co2+ podstawiają się w krysztale SLGO w położenia o symetrii oktaedrycznej (Sr2+). Podobne widmo EPR obserwowano w pracy [14], gdzie analizowano położenie w sieci SrLaAlO4 również jonów Co2+.

Brak emisji jonów Co2+ w obszarze widzialnym należy wiązać po pierwsze ze zjawiskiem silnej reabsorpcji w obszarze potencjalnej emisji oraz po drugie, z możliwymi bezpromienistym zanikiem emisji.

Brak emisji jonów Co3+ należy przypisać tym samym zjawiskom. Ponadto wydaje się, że otrzymanie w krysztale SLGO jonów tylko Co3+ (bez Co2+) nie jest możliwe, a zwiększenie stężenia jonów Co3+ będzie możliwe dopiero po kodomieszkowaniu tego kryształu jonami o większej walencyjności, np. V5+. Badania takie przeprowadzono, uzyskując monokryształ SLGO:Co, V (3mol.%, 2mol.%) z wanadem w położeniach Ga.

Widma RBS wyraźnie wskazują, że kobalt podstawia się w położenia węzłowe (nie jest widoczny w międzywęźlach), przy czym bardziej prawdopodobne są podstawienia w miejsce Sr niż Ga. Z obecności tak dużej liczby jonów La, Sr i Ga w położeniach międzywęzłowych należy wnioskować, że kryształ SLGO:Co jest silnie zdefektowany (wykazuje odchylenie od stechiometrii) i to tym silniej im większa jest koncentracja kobaltu.

Należy przypuszczać, że znaczne poprawienie jakości kryształów możliwe będzie po uwzględnieniu w składzie wyjściowym do krystalizacji stwierdzonego w tej pracy faktu, że jony kobaltu najprawdopodobniej podstawiają stront a nie gal. Prowadzi to bowiem do korekty optymalnego składu wyjściowego.

Podziękowania

Autorzy dziękują dr. Teresie Wrońskiej z ICHTJ Warszawa za dokonanie naświetlań kwantami gamma oraz dr Jolancie Wojtkowskiej z IPJ Świerk, za naświetlanie protonami

LITERATURA

 [1] M. Berkowski, M. Borowiec, K. Pataj, W. Piekarczyk, W. Wardzyński, “Absorption and birefrigence of BaLaGa3O7 single crystals”, Physica B 123, (1984), 231,

[2] A.A. Kaminskii, E.L. Belokoneva, B.V. Mill, S.E. Sarkisov, K. Kurbanov, “Crystal structure, absorption, luminescence properties, and stimulated emission of Ga Gehlenite”, Phys. Stat. Sol. (a) 97 (1986) 279

[     [3] W. Ryba_Romanowski, S. Gołąb, G. Dominiak-Dzik, M. Berkowski, “Efect of substitution of barium by strontium on optical properties of neodymium doped XLaGa3O7 (X=Ba,Sr)”, Materials science and Engineering, B 15, (1992), 217,

      [4]  I. Pracka,  W. Giersz,  M. Świrkowicz,  A. Pajączkowska,  S. M. Kaczmarek, Z. Mierczyk, K. Kopczyński, "The Czochralski growth of  SrLaGa3O7:Nd single crystals  and their optical and lasing properties", Materials Science and Engineering, B26, 1994, pp. 201-206

      [5] S. M. Kaczmarek, Z. Mierczyk, K. Kopczyński, Z. Frukacz, I. Pracka, T. Łukasiewicz, "Pr Doped YAG and SLGO Laser Rods",  Proc.  SPIE,  2772,  pp. 139-142, Laser Optics '95, Petersburg, 1995

[     [6] S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, R. Jabłoński, “Recharging processes of chromium ions in Cr: SrGdGa3O7 and Cr: SrLaGa3O7 single crystals”, Cryst. res. Technol. 34, (1999), 1023,

[7   [7] S.A. Payne, L.L. Chase, G.D. Wilke, J. Luminescence 44 (1989) 167

[8   [8] S. Kuck, K. Peterman, U. Pohlmann, G. Huber, J. Luminescence 68 (1996) 1

[9   [9] J.P. Meyn, T. Danger, K. Peterman, G. Huber, J. Luminescence 55 (1993) 55

[1   [10] P.J. Deren, W. Stręk, U. Oetliker, H.U. Gudel, Phys. Stat. Sol. (b) 182 (1994) 241

[1   [11] D. Gourier, L. Colle, A.M. Lejus, D. Vivien, R. Moncorge, J. Appl. Phys. 63 (1988) 1144

[1   [12] J.E. Ralph, M.G. Townsend, J. Chem. Phys., 48 (1968) 149

[1   [13] S. M. Kaczmarek, R. Jabłoński, I. Pracka, G. Boulon, T. Łukasiewicz, Z. Moroz and S. Warchoł, „Radiation Defects in SrLaGa3O7 Crystals Doped With Rare-Earth Elements”, Nucl. Instr. and Meth. B,  B142, 1998, 515-522

[1   [14] P. Aleshkevych, M. Berkowski, W. Ryba-Romanowski, H. Szymczak, „ESR and Optical Spectra of Cobalt in SrLaAlO4”, Phys. Stat. Solidi (b), 218 (2000) 521

Return