Przybliżenia kwazi-równowagowe dla modelu przejść częściowo-zlokalizowanych (SLT)

Opiekun naukowy:

dr hab. Arkadiusz Mandowski, prof. UJD

Katedra Fizyki Doświadczalnej i Stosowanej

E-mail: a.mandowski@ujd.edu.pl

 

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Dyscyplina: nauki fizyczne

Przybliżenia kwazi-równowagowe dla modelu przejść częściowo-zlokalizowanych (SLT)

Termoluminescencja (TL) i optycznie stymulowana luminescencja (OSL) to niezwykle interesujące zjawiska optyczne, które występują w różnych materiałach. Poddając materiał stymulacji termicznej (TL) lub optycznej (OSL) możemy obserwować emisję światła, czyli luminescencję. Co ciekawe, emisja ta zachodzi tylko wtedy, gdy materiał był uprzednio poddany ekscytacji – np. promieniowaniem jonizującym. Dzięki temu zjawiska TL i OSL znajdują szerokie zastosowanie w dozymetrii promieniowania jonizującego (wyznaczaniu dawek) oraz datowaniu materiałów geologicznych i archeologicznych.

TL i OSL występują jedynie w materiałach wysokooporowych (dielektrykach) o stałym stanie skupienia, a więc w kryształach lub szkłach. Mechanizm depozycji energii i jej późniejszego uwalniania w postaci luminescencji jest dość złożony. Jego istotą jest występowanie tzw. pułapek nośników ładunku (charge carrier traps) oraz centrów rekombinacji (recombination centers). Jednym z najogólniejszych modeli opisujących zjawiska TL i OSL jest, sformułowany w 2005 roku, model przejść częściowo-zlokalizowanych (semi-localized transitions model – SLT), w którym procesy rekombinacyjne, odpowiedzialne za luminescencję, mogą mieć charakter zarówno lokalny (tzn. zachodzący w bliskim otoczeniu pułapki) jak i zdelokalizowany, czyli dokonujący się poprzez pasma transportowe.

Model SLT jest dość złożony matematycznie, co zdecydowanie utrudnia jego bezpośrednie stosowanie do analizy procesów TL i OSL – w szczególności estymacji parametrów pułapkowych. Z tego powodu celowe jest poszukiwanie analitycznych przybliżeń, które pozwolą na uproszczenie matematycznej postaci tego modelu. Celem pracy jest zbadanie przybliżeń kwazi-równowagowych modelu SLT w zastosowaniu do zjawisk TL i OSL. Praca ma charakter teoretyczny. Obejmuje również symulacje numeryczne.

 Quasi-equilibrium approximations for the semi-localized transition model (SLT)

Thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) are interesting optical phenomena that occur in various materials. By subjecting the material to thermal (TL) or optical (OSL) stimulation, we can observe the emission of light, i.e. luminescence. Interestingly, this emission only occurs when the material has previously been excited by ionizing radiation. As a result, TL and OSL phenomena are widely used in ionizing radiation dosimetry (dose determination) and in the dating of geological and archaeological materials.

TL and OSL phenomena are found only in solid state dielectric materials – in crystals or glasses. The mechanism of energy deposition and its subsequent release in the form of luminescence is quite complex. The explanation is based on the so-called charge carrier traps and recombination centers. One of the most general models describing TL and OSL phenomena is the semi-localized transitions model (SLT), formulated in 2005, in which the recombination processes responsible for luminescence can be both local (i.e. taking place in the vicinity of the trap) as well as delocalized, i.e. taking place through transport bands.

The SLT model is quite complex mathematically which makes it difficult to directly apply the model to the analysis of TL and OSL processes – in particular to the estimation of trap parameters. For this reason, it is reasonable to search for analytical approximations that will allow simplifying the mathematical form of this model. The aim of the study is to investigate the quasi-equilibrium approximations of the SLT model as applied to the TL and OSL phenomenon. The work is theoretical. It also includes numerical simulations.