Аннотация результатов, полученных в 2025 году
На первом этапе проекта выполнен синтез, аттестация и исследование оптических свойств порошков и керамики YPO4: Bi. Концентрационные серии порошков YPO4: Bi (0.1; 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; и 1.0 мол.%) были получены двумя методами: методом твердофазного синтеза и методом гидротермального синтеза. Аттестация образцов выполнена методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Все образцы характеризуются однофазной структурой, соответствующей тетрагональной структуре YPO4. Порошки, полученные методом твердофазного синтеза, состоят из крупных агломерированных частиц размером 1-4 мкм. Порошки, полученные методом гидротермального синтеза, характеризуются более мелкими агломерированными частицами размером 30-45 нм. Анализ спектров рентгенолюминесценции показал, что основными центрами свечения в исследуемых образцах являются ионы Bi(3+) и парные центры Bi(3+)-Bi(3+), обеспечивающие люминесценцию в УФ-С и УФ-А спектральных диапазонах, соответственно. Наибольший выход люминесценции достигается при концентрации ионов висмута 0.6 мол.%. С уменьшением размера частиц наблюдается уменьшение выхода люминесценции во всем спектральном диапазоне за счет эффектов тушения поверхностными дефектами. Анализ кривых термолюминесценции (ТЛ) и определение параметров центров захвата носителей заряда (порядок кинетики, энергия активации, частотный фактор) выполнены с использованием кинетической модели общего порядка. В спектре ТЛ для УФ-С полосы доминирует пик, связанный с центрами захвата дырок (вакансии иттрия в матрице YPO4), имеющими энергию активации 0.93–1.05 эВ. Напротив, в спектре ТЛ для УФ-А полосы доминирует пик, связанный с центрами захвата электронов (вакансии кислорода и их комплексы), имеющими энергию активации 0.75–0.85 эВ. На основе дозовых зависимостей ТЛ впервые установлено, что основными механизмами УФ-С и УФ-А люминесценции YPO4: Bi при облучении рентгеновским излучением являются рекомбинация дырок на центрах Bi(2+) и рекомбинация электронов на парных центрах Bi(3+)-Bi(4+), соответственно. Доза рентгеновского излучения, соответствующая наибольшему выходу ТЛ, составляет 10-12 Гр. Кривые послесвечения в УФ-С и УФ-А диапазонах описываются суммой экспоненциальной функции и гиперболической функции первого порядка. Экспоненциальная (быстрая) компонента затухания связана с термической делокализацией носителей заряда из ловушек и последующей рекомбинацией на центрах свечения. Гиперболическая (медленная) компонента затухания связана с процессами туннельного переноса зарядов между ловушками и центрами свечения. Длительность послесвечения в УФ-С и УФ-А диапазонах для порошков крупных частиц составляет 10 мин. и 40 мин., соответственно. Уменьшение размера частиц приводит к уменьшению длительности послесвечения (до 4 мин. и 1 мин. в УФ-С и УФ-А диапазонах, соответственно) за счет тушения электронной составляющей рекомбинационных процессов поверхностными дефектами. Однако, с уменьшением размера частиц наблюдается значительное увеличение длительности туннельных процессов, ответственных за УФ-С люминесценцию. Данный эффект связан с уменьшением среднего расстояния между центрами захвата носителей заряда и центрами свечения. Образец керамики YPO4: Bi (0.6 %) был получен методом термобарического синтеза при температуре 650 °С и давлении 6 ГПа с использованием в качестве прекурсора порошка, полученного методом твердофазного синтеза. Образец керамики характеризуется однофазной кристаллической структурой с повышенными значениями микронапряжений по сравнению с исходным порошком. Повышенные значения микронапряжений решетки указывают на увеличение концентрации дефектов в матрице, сформировавшихся в результате термобарического синтеза. В спектрах ТЛ керамики зарегистрировано появление интенсивного пика с максимумом при 435-444 К, не наблюдавшегося в спектрах ТЛ исходного порошка. Значение энергии активации, рассчитанное с использованием кинетической модели общего порядка, составляет 0.83-1.00 эВ. Природа данного пика в спектре ТЛ связана с формированием комплексов вакансий Y-O, являющихся центрами захвата дырок. Длительность послесвечения в УФ-С области для керамики существенно увеличилась по сравнению с исходным порошком (30 мин. для керамики vs 10 мин. для порошка). Увеличение длительности и интенсивности УФ-С послесвечения связано с формированием дополнительных дырочных ловушек (комплексов вакансий Y-O) в результате термобарического синтеза. Напротив, интенсивность и длительность УФ-А люминесценции для керамики существенно уступает характеристикам для исходного порошка. Данная особенность связана с уменьшением концентрации центров захвата электронов (вакансий O) в связи с образованием комплексов вакансий Y-O. Для молекулярно-динамического моделирования YPO4 установлены потенциалы взаимодействия Y-O, P-O и O-O. Верификация полученных потенциалов взаимодействия проведена на основе сравнения рассчитанных значений температурных зависимостей удельного объема и параметров решетки с экспериментальными данными. Энергии образования френкелевских дефектов, полученные с использованием предложенных потенциалов, значительно более близки к первопринципным расчетам по сравнению со значениями, полученными с использованием классических потенциалов взаимодействия. Предложенные потенциалы будут в дальнейшем применены для моделирования процессов формирования дефектов в YPO4 и их взаимодействия друг с другом, включая образования комплексных дефектов. По результатам выполнения проекта за 2024-2025 г. опубликовано 2 статьи в журналах, индексируемых в базах данных WoS и Scopus. Результаты выполненных исследований будут представлены на 2-ух Международных конференциях в мае и октябре 2025 г. Дальнейшая стратегия по увеличению длительности послесвечения в УФ диапазоне будет направлена на использование ионов Dy(3+) в качестве соактиваторов, что обеспечит создание дополнительных электронных и дырочных центров захвата носителей заряда с управляемой концентрацией.