"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8678
ETF8678 "Kompleksoksiididel põhinevate stsintillatsioonimaterjalide spektroskoopia (1.01.2011−31.12.2014)", Svetlana Zazubovitš, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8678
Kompleksoksiididel põhinevate stsintillatsioonimaterjalide spektroskoopia
Spectroscopy of complex oxide scintillation materials
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP260 Tahke aine: elektrooniline struktuur, elektrilised, magneetilised ja optilised omadused, ülijuhtivus, magnetresonants, spektroskoopia1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)100,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 040,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 040,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 040,00 EUR
01.01.2014−31.12.201411 040,00 EUR
44 160,00 EUR

Projekti peamine eesmärk on uute ja/või parendatud omadustega kiirete, tundlike, kõrge valgussaagisega ja ruumilise lahutusvõimega stsintillatsioondetektorite loomine nende rakendamiseks arstiteaduses, kõrgete energiate füüsikas, turvaseadmetes, keskkonna monitooringus ja tööstuses. Selleks on vajalik stsintillatsioonimehhanismi täpne tundmine erinevates stsintillatsioonimaterjalides. Vajalik on üksikasjalikult uurida ka luminestsentsitsentrite loomuse ja struktuuri ning nendes materjalides asetleidvate luminestsentsi-, rekombinatsiooni-, energiasiirde-, laengusiirde- ja defektide loomise protsesse. Nende eesmärkide saavutamiseks viiakse läbi materjalide süstemaatiline ja üksikasjalik uurimine mitmel spektroskoopilisel meetodil (aeglahutusega fotoluminestsentsi, spektraalse lahutusega termostimuleeritud luminestsentsi ja elektronparamagnetresonantsi spektroskoopia meetodil). Loodetakse, et saadud tulemused lubavad välja töötada meetodid nende materjalide karakteristikute parendamiseks ja optimeerimiseks, mis peaks märgatavalt suurendama stsintillaatorite rakenduspotentsiaali mitmes valdkonnas. Käesoleva projekti raames pööratakse põhitähelepanu suhteliselt uute stsintillatsioonimaterjalide uurimisele, nagu: erinevad Ce3+- ja Pr3+-ioonidega aktiveeritud MREP4O12- ja MREP3O9-tüüpi fosfaadid (M on leelismetalli ioon ja RE on haruldase muldmetalli ioon); erinevad Ce3+- ja Pr3+-ioonidega aktiveeritud RE2SiO5- ja RE2Si2O7-tüüpi silikaadid; Ce3+- ja Pb2+-ioonidega aktiveeritud perovskiidid SrHfO3; erinevad Bi3+-ioonidega aktiveeritud keeruliste oksiidide (Al2O3, alumiiniumperovskiitide, alumiiniumgranaatide) monokristallilised kiled; kaadmiumvolframaadid, mõned uued perspektiivsed materjalid pliivolframaatkristallide baasil. 2011. aastal on plaanis uurida luminestsentsi ja stsintillatsiooni karakteristikuid, energia relaksatsiooni ja migratsiooni ning energiasiirde protsesse Ce3+-ioonidega aktiveeritud MGdP4O12-tüüpi fosfaatides. Meil on kavas uurida luminestsentsi ning defektide loomise ja rekombinatsiooni protsesse aktiveerimata ja Ce3+-ioonidega aktiveeritud ortosilikaatides Lu2SiO5 ja Y2SiO5. Pliivolframaatkristallides uurime auktsentreid ja aukudega seotud protsesse. Bi3+-ioonidega seotud luminestsentsi ning Bi3+- ja Ce3+- või Pr3+-ioonide vahel toimuvaid energiasiirde protsesse uuritakse erinevate oksiidide monokristallilistes kiledes.
The main goal of the project is the search and development of new and/or improved materials for fast and effective scintillators with a high spatial and time resolution applicable in the field of medical imaging, high-energy physics, security systems, environmental monitoring and industry. For that, a detailed investigation of the scintillation mechanisms, the origin, structure, and role of intrinsic and impurity defects, as well as the luminescence, recombination, energy migration and transfer, charge transfer, and defects creation processes in various scintillation materials will be carried out. The material characterization and evaluation will be performed with a variety of spectroscopic methods (steady-state and time-resolved photoluminescence, wavelength-resolved thermally stimulated luminescence, electron paramagnetic resonance). On the basis of the results obtained, methods will be elaborated for the improvement and optimization of the characteristics of the investigated scintillation materials which should significantly increase their performance and bring it close to the intrinsic limits. The main attention will be paid to the investigation of relatively new scintillation materials, such as different Ce3+- and Pr3+-doped alkali rare-earth phosphates of the type of MREP4O12 and MREP3O9 (M is an alkali ion, RE is a rare-earth metal ion); Ce3+- and Pr3+-doped rare-earth orthosilicates of the type of RE2SiO5 and RE2Si2O7; strontium hafnate perovskites SrHfO3 doped with Ce3+ and Pb2+ ions; single crystalline films of Bi3+-doped complex oxides of the type of Al2O3 and aluminium perovskites and garnets; single crystals of cadmium tungstate; some novel perspective lead tungstate based materials. In 2011, the luminescence and scintillation characteristics as well as energy relaxation, migration and transfer processes will be studied in Ce3+-doped phosphates of the type of MGdP4O12. The intrinsic and impurity-related luminescence and defects creation and recombination processes will be investigated in the undoped and Ce3+-doped oxyorthosilicates Lu2SiO5 and Y2SiO5. The hole-related centers and processes will be studied in single crystals of lead tungstate. The study of Bi3+-related luminescence and energy transfer processes between Bi3+ ions and Ce3+ or Pr3+ ions will be carried out in various complex oxides.
TSL ja EPR meetodil leiti O--tüüpi auktsentreid PbWO4:Mo,La(Y) kristallides. Määrati nende struktuur ja termilise stabiilsuse parameetrid. Leiti pliivakantsiga seotud mitteparamagneetilised auktsentreid ja nende seos luminestsentsi aeglase kustumisega. Tehti kindlaks ultravioletse kiirguse loomus kolmevalentse haruldasmuldmetalli ioonide sisaldavates kristallides. PbWO4:Pr kristallis leiti laengusiirdega seotud neeldumisriba ja uuriti ergastatusseisundi dünaamikat, energia- ja laengusiirde protsessid. YAlO3 ja YAlO3:Ce monokristallides tõestati “antisite” defekti (Y3+Al) ja hapniku vakantsi (VO) assotsiaatide olemasolu. Ergastusspektrites identifitseeriti eksitonribad, mis on tingitud Y3+Al ja Y3+Al-VO defektidest, ja selgitati välja nende mõju stsintillatsioonikarakteristikutele. Gd-sisaldavates fosfaatides selgitati välja energia migratsiooni ja Gd - Eu, Gd - Ce energia siirde protsesse ning nende sõltuvusi fosfaadi koosseisust ja temperatuurist. Selgitati välja Gd3+-iooni erinevate ergastusseisundite osavõtt nendest protsessidest. La(PO3)3-fosfaatides tehti kindlaks kolme- ja kahevalentse haruldasmuldmetalli ioonide energianivoode asukohad valents- ja juhtivustsooni suhtes. Erinevates Bi3+-ga aktiveeritud oksiidides tehti kindlaks Bi3+-ioonidega seotud erinevat tüüpi luminestsentsitsentrite loomus, töötati välja mudelid nende ergastusseisundite struktuuri ja dünaamika kirjeldamiseks ning määrati ergastusseisundite parameetrid. Tõestati Bi3+-iooni ning Bi3+ kõrval lokaliseerunud eksitoni seisundite kooseksisteerimise võimalust. Identifitseeriti elektron- ja aukprotsessidega seotud TSL karakteristikud silikaatides. Tulemuste võrdlemisest EPR andmetega tehti kindlaks elektron- ja auktsentrite mudel, struktuur ja termilise stabiilsuse parameetrid. Selgitati välja elektron- ja auktsentrite fototermilise loomise protsessid ning aeglase luminestsentsi loomus, mis tekib nende tsentrite rekombinatsioonil. Leiti Ce4+-tsentrite olemasolu plii sisaldavates monokristallilistes kiledes ja pakuti stsintillatsiooniprotsesside mehhanism nende süsteemide jaoks.