Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела (2-е издание, 2008) (1135799), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Этот тип лазера подробно изучается в курсах квантовой механики. На фотолюминесценции основана работа люминесцентных экранов и покрытий, преобразующих излучение ультрафиолетового диапазона в видимый свет по схеме, близкой к изображенной на рис. 7.4 и 7.9. Такое преобразование используется в покрытиях газоразрядиых ламп, поскольку они неизбежно испускают ультрафиолетовое излучение, вредное для зрения и, как правило, бесполезно поглощаемое стеклом лампы. Использование люминесцентных экранов позволяет наблюдать невидимое глазом ультрафиолетовое излучение.
Важным применением фотолюминесценции является экспериментальный метод — люминесцеитный анализ, позволяющий по люминесцентному излучению определять малые примеси некоторых веществ. Этот метод особенно удобен для изучения веществ, состоящих из мало взаимодействующих молекул, поскольку их спектры излучения содержат более узкие характерные пики, чем широкие и размытые спектры излучения твердых тел. Другое применение фотолюминесценции — микроскопия. Наблюдение микроструктуры вещества в переизлучеином некоторыми атомами излучении (достигается подбором светофильтров для осветителя объекта и для окуляра микроскопа) позволяет получить детальное распределение этих атомов по областям вещества, и тем самым распознать невидимые до этого особенности его структуры.
Для визуализации инфракрасного излучения применяют антистоксовую люминесценцию в твердых телах со сложной системой 343 энергетических уровней, правда, для этих целей удобнее применять явление фотопроводимости (см. 4.4) в полупроводниковых экранах-матрицах, состояших из миллионов датчиков. Катодо-, радиолюминееценция и рентгеновская люминесцеиция. Особенности их применения. Напомним, что образования свободных мест в глубоко расположенных по шкале энергии зонах в результате теплового движения фактически не происходит, так как для этого нужна очень большая энергия. Однако при попадании в вещество быстродвижушихся частиц, рентгеновских и гамма-квантов возможно выбивание электрона и из нижних зон, после чего произойдет каскад переходов (рис. 7.11). Электрон, как правило, из ближайшей зоны с большей энергией перейдет на свободное место и будет испушен фотон рентгеновского диапазона, затем может произойти переход электрона из зоны, расположенной выше по шкале энергии, на освободившееся место с излучением другого фотона и так далее, пока процесс не дойдет до валентной зоны.
В итоге будет испущен набор квантов рентгеновского, ультрафиолетового, светового и других диапазонов, характерных для входящих в состав вещества атомов. Возбуждение атомов электронным пучком используют для получения рентгеновского излучения в рентгеновских трубках и для проведения рентгеноспектрального анализа. Возможность сфокусировать электронный пучок с помощью электронных линз в Зона проводимости Валентнал зона ° .м Рис.
7.11. Схема каскада переходов электрона между уровнями атома при катодолюминеспеспии: ° — электрон; о — дырка; — — - — активаторный уровень 344 пятно размером примерно 1 мкм позволяет проводить микроснектральный анализ мельчайших частиц таких же размеров, например в многофазных материалах по их спектрам излучения (в основном, рентгеновского). Катодолюминесценция происходит и в особых веществах— люминофорах, используемых для покрытия экранов телевизоров и мониторов.
В качестве люминофоров обычно используют измельченные в порошок кристаллы диэлектриков, актвивированных примесями. Примеси создают дополнительные уровни внутри широкой запрещенной зоны диэлектрика (см. рис. 7.9), вследствие чего увеличивается число переходов, при которых излучаются фотоны светового или близкого к нему диапазонов. Считают, что активирование увеличивает выход люминесценнии — отношение энергии полезного полученного оптического излучения к энергии падающих на люминофор частиц и излучений.
Для регистрации ионизирующих излучений и частиц также используют люминофоры в виде тонких кристаллических пластинок, обычно это кристаллы Ма!, активированные таллием. Вспышка от попадания кванта ионизирующего излучения или частицы в этот кристалл оказывается достаточно сильной, чтобы ее могла зарегистрировать оптико-электронная аппаратура, называемая фотоэлектронным умножителем. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Физика твердого тела — пожалуй, самая быстроразвивающаяся область физики, поэтому некоторые новые ее разделы еще не до конца изучены и осмыслены. К ним в первую очередь относятся теория аморфных веществ и некоторые вопросы высокотемпературной сверхпроводимости.
В учебном пособии эти разделы изложены в соответствии с наиболее принятой в настоящее время точкой зрения без рассмотрения спорных вопросов, взгляды на которые могут быть скорректированы в будущем. В книге сознательно не освещаются некоторые вопросы, представляющие в основном интерес для физиков-исследователей, например квантовые осцилляции различных характеристик твердых тел при особо низких температурах, теория антиферромагнетизма, методы изучения поверхности Ферми и некоторые другие. Ознакомиться с ними можно в таких учебниках, как «Введение в физику твердого тела» Ч.
Киттеля, «Физика твердого тела» Н. Ашкрофта, Н. Мермина и «Физика твердого тела» П.В. Павлова, А.Ф. Хохлова. Большое внимание было уделено вопросам физики твердого тела прикладного характера, непосредственно связанным с современными проблемами материаловедения и техники.
В первую очередь это относится к материалам нанотехнологий и нанокристаллическим материалам. Создание и правильное применение таких материалов должно быть основано на глубоком понимании механизмов формирования физических свойств и различных характеристик твердых тел, а также путей создания необходимой структуры материала. В настоящее время многие материалы с уникальными свойствами создаются на основе систем наночастиц, образовавшихся в сплавах в результате фазовых превращений— особых перегруппировок атомов, самостоятельно формирующих требуемый вид, взаимное расположение и составы этих наночас- 346 тиц (объемных дефектов) под влиянием внешних воздействий. Именно на основе таких структур были получены новые классы материалов с уникальными прочностными, магнитными и электрическими свойствами.
Это и жаропрочные материалы для авиационных турбин, работающие в струях газа, раскаленного до температур плавления почти всех конструкционных материалов, и высокопрочные магниты с особым распределением магнитного поля в магните, выдерживающие скорости вращения свыше 100000 об!мин, и магнитомягкие материалы для магнитных головок, обеспечивающие возможность чтения субмикронных магнитных элементов записи на дисках современных компьютеров, и авиационные и сверхпроводящие композиционные материалы и многие другие.
Проектирование уникальных машин и технологических процессов сдерживается отсутствием материалов с заданными комплексами свойств. Разработка таких новых материалов — одна из перспективных областей современной физики твердого тела. Уникальные свойства многих новых материалов еще не оптимизированы. Такую сложную оптимизацию невозможно выполнить вслепую, без глубокого знания законов физики твердого тела. Еще ббльшие горизонты открывает физика твердого тела для поиска новых подходов, принципов и путей создания многофазных и композиционных материалов, например на основе специально выращиваемых нанокристаллов.
Сегодня, используя методы физики, можно проводить на компьютерах предварительное моделирование процессов формирования структуры и свойств таких сложных материалов, значительно уменьшая объем экспериментальной работы. В учебном пособии рассмотрены эти важные вопросы и на наиболее интересных примерах показаны возможности физики твердого тела для решения важнейших технических проблем. Такой подход, видимо, будет интересен будущим разработчикам новых материалов и технологий. В пособии наряду с изложением основ физики твердого тела описано техническое применение рассмотренных явлений и эффектов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
