Эффекты Гуддена - Поля и Дэшена

Давно известно, что приложение сильных электрических полей (постоянных или переменных) может существенно по­влиять на поведение фотолюминесцирующих материалов, возбуждаемых ультрафиолетовым светом. Эти эффекты можно наблюдать и во время периода затухания, следующего за прекращением действия возбуждающего света; первоначально они были обнаружены именно та­ким образом. В самых общих чертах различают уси­ление интенсивности света при наложении поля, назы­ваемое эффектом Гуддена - Поля, и гашение, именуемое эффектом Дэшена. Эффект Гуддена - Поля можно наблюдать, когда фосфор на­дежно изолирован от металлических электродов, к кото­рым прикладывается поле, в то время как для эффекта Дэшена, по-видимому, более благоприятны такие усло­вия, когда через фосфор проходит ток заметной вели­чины. Прикладываемые поля должны иметь напряжен­ность порядка нескольких киловольт на сантиметр. Оба эффекта могут наблюдаться совместно, причем эффект Гуддена - Поля обычно характеризуется меньшими по­стоянными времени.

На рис 5(a) показан суммарный эффект, который может наблюдаться в том случае, когда приложенное поле постоянно.

Относительная четкость различных деталей может довольно сильно изменяться от образца к образцу. В случае переменного, поля на кривую яркости света накладывается пульсация, которая, как правило, имеет сложную форму. При достаточно больших напря­женностях поля частота этой пульсации вдвое больше частоты поля. Пунктирная кривая соответствует слу­чаю, когда эффект Дэшена отсутствует. Обычно в тот момент, когда выключается внешнее поле, происходит небольшое усиление, но в некоторых случаях его нельзя заметить. Этот частный вид релаксации может быть очень быстрым, как наблюдалось, например, для одного из фосфоров, изучавшихся Штейнбергером, Лоу и Але­ксандером [32].

Детали этих эффектов сложным образом связаны как с напряженностью и характером поля, так и с ин­тервалом времени между моментом его включения и началом оптического возбуждения.

На рис. 5(б) пока­зано, например, как в течение затухания фотолюминес­ценции уменьшается величина световых импульсов в эффекте Гуддена - Поля. Перед началом основного спада наблюдается интересное и трудно объяснимое увеличение яркости, которое может служить, одним из примеров сильно усложненных и взаимосвязанных свойств этого явления. В магнитном поле соответствующие эффекты не наблюдались [33].

Как известно, процессы затухания в возбужденных фосфоресцирующих материалах могут быть ускорены инфракрасным излучением. При этом суммарное коли­чество излучаемой световой энергии остается постоян­ным независимо от того, ускоряется ли процесс затуха­ния или происходит спонтанно. Рассматриваемые же эффекты принципиально отличаются от подобного уско­ренного оптическим путем затухания, поскольку при наличии электрического поля величина интеграла по времени от выходящей световой энергии может суще­ственно измениться. Например, при эффекте Гуддена - Поля полное количество света, излучаемого в течение затухания, может увеличиться.

Во время освещения вещества электроны возбуж­даются за счет поглощения фотонов; когда оптическое возбуждение прекращается, в возбужденных состояниях будет находиться ограниченное число электронов. Поэтому действие внешнего поля, которое увеличивает полное количество излучаемого света, должно сказы­ваться в одном из двух направлений (или в обоих сразу) либо увеличивать относительную вероятность излучатель­ной рекомбинации (по сравнению с безызлучательной), либо приводить к дополнительному возбуждению элек­тронов. Последняя возможность представляется более правдоподобной. Однако Матосси [34] пересмотрел эти вопросы и в противопо­ложность последнему предположению связал эффект гашения с ростом вероятности безызлучательных переходов. Влияние поля можно изучать не только по нормаль­ной фосфоресценции, но также и по инфракрасному из­лучению, обусловленному предварительным освещением фосфора ультрафиолетовым светом. В принципе подоб­ные эксперименты позволяют получить сведения о роли процессов захвата, которые обусловливают задержку момента излучательной рекомбинации относительно мо­мента возбуждения носителя заряда. Однако результаты оказываются слишком слож­ными и пока не получили надежного теоретического истолкования [35].

1.4.2. Новые эксперименты по эффектам, вызванным электрическим полем

Описанные выше эффекты элек­трофотолюминесценции были предметом многочисленных исследований, и хотя объяснение их во многом остается еще сомнительным, основные эксперименталь­ные результаты представляют для нас интерес. На рис. 5(a) пунктирная линия соответствует случаю, когда после первоначального всплеска наблюдается остаточное увеличение яркости. Дестрио с сотрудниками [36] установили, что это происходит в некоторых ZnS-CdS- и ZnS-фосфорах, возбуждаемых рентгеновскими лучами и находящихся в переменном поле. Для экспериментальных целей эти порошкообразные фосфоры приготовлялись в виде суспензии в прозрачном диэлектрике. В случае постоянного поля эффект был только временным вследствие высокой проводимости фосфора. В некоторых случаях коэффициент усиления яркости достигал трех. При этом обычная форма дэшеновского гашения наблюдалась в том случае, когда электрические поля прикладывались к образцам во время облучения последних не рентгеновскими лучами, а ультрафиолетовым светом. Таким образом, эффекты, обусловленные наличием поля, оказываются чувствительными к способу оптического возбуждения.

На рис. 5(в) в показаны типичные результаты для зависимости эффектов усиления и гашения (после первоначального всплеска) от напряженности поля. О существовании максимума, за которым следует спад, сооб­щил также Штейнбергер с сотрудниками [32]. Когда внешнее поле прикладывалось в отсутствие возбуждающего облучения, никакой люминесценции не наблюдалось. Поэтому эффект усиления внешне (но не принципиаль­но) отличается от явления фотоэлектролюминесценции. Гобрехт и Гумлих описали интересный фосфор, содержащий марганец, в котором под действием электрического поля происходило усиление желтой и одновременное ослабление голубой полос фотолюминесценции [37].

Сложная природа явлений этой группы иллюстри­руется еще тем фактом, что влияние электрического возбуждения может сказываться в течение долгого вре­мени (например, нескольких часов) и что оно может обнаруживаться по действию вторичного оптического возбуждения. Насколько известно, систематические эксперименты по изучению электрофотолюминес­ценции монокристаллических образцов сульфида цинка еще не проводились, хотя относительно сульфида кадмия получены некоторые данные [38]. Подобные экспери­менты совершенно необходимы, чтобы составить полное представление об этих явлениях. Их можно было бы строго объяснить, если бы более полно были изучены явления электрической люминесценции, которые проис­ходят без оптического возбуждения. Дальнейшие ссылки на работы по электрофотолюмнесценции можно найти в обширной библиографии, составленной Айви [39].