Electronic Structure and Optical Absorption in Gd‐Implanted Silica Glasses

Abstract

The electronic structure and optical properties of silica glass implanted with Gd‐ions by the pulsed implantation technique are studied. Experimental XPS data combined with the theoretical density functional theory (DFT)‐modeling establish the most probable scenarios for Gd‐embedding at the interstitial and substitutional positions in silica before and after thermal annealing. The optical absorption spectra are analyzed within two spectral regions of direct interband transitions and exponential Urbach tails. The influence of both radiation and thermal treatment on the overall structural disorder of host‐matrix is determined using fundamental optical parameters (band gap, phonon energy). The local atomic displacements caused by the implantation damage and thermal recovery of host‐structure for as‐implanted and annealed samples are quantitatively estimated.

Индуцированный Квазидинамический Беспорядок В Структуре Имплантированного Ионами Рения Кварцевого Стекла

“…Структурный беспорядок в диэлектриках и полупроводниках, как правило, находит отражение в экспоненциальной форме края фундаментального оптического поглощения [7][8][9]. В дефектных кристаллах, стеклооб-разных и аморфных структурах поведение края оптического поглощения в зависимости от температуры или дозы радиационного облучения характеризуется определенным подобием [10][11][12]. Эти закономерности могут анализироваться с использованием феноменологического закона, известного как правило Урбаха [10,13,14].…”

“…В дефектных кристаллах, стеклооб-разных и аморфных структурах поведение края оптического поглощения в зависимости от температуры или дозы радиационного облучения характеризуется определенным подобием [10][11][12]. Эти закономерности могут анализироваться с использованием феноменологического закона, известного как правило Урбаха [10,13,14]. Существует много работ, посвященных влиянию температуры на формирование края оптического поглощения [5][6][7][8][9][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29], однако данные о радиационноиндуцированной реализации правила Урбаха весьма ограничены.…”

“…Существует много работ, посвященных влиянию температуры на формирование края оптического поглощения [5][6][7][8][9][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29], однако данные о радиационноиндуцированной реализации правила Урбаха весьма ограничены. Следует также заметить, что необходимо различать варианты так называемого " кристаллического" (crystal-like) правила Урбаха, характеризующегося веерообразным температурным поведением края оптического поглощения, и " стеклообразного" (glassy) правила Урбаха, с параллельным смещением границы прозрачности при изменении температуры [7][8][9][10].…”

“…Альтернативные объяснения правила Урбаха указывают на возможность существования экспоненциального края поглощения за счет тепловых флуктуаций энергии запрещенной зоны и существования хвостов плотности состояний [25][26][27][28][29]. Применительно к аморфным и стеклообразным системам с доминирующим статическим разупорядочением часто используется термин " замороженные фононы", подчеркивающий эквивалентность статических и динамических (фононных) структурных искажений [7,8,10].…”

“…Экспериментальные исследования правила Урбаха в неупорядоченных и аморфных материалах выполнялись различными научными группами [5][6][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29]. Известны попытки продемонстрировать общность механизма формирования УФ-границы поглощения в аморфных и кристаллических твердых телах [6,10,30]. Заметный прогресс с точки зрения анализа параметров беспорядка в материалах с нерегулярной структурой был достигнут в работе [8] при изучении температурных зависимостей края собственного поглощения в аморфном гидрогенизированном кремнии.…”