Optoelektronika i fizyka materiałowa

Prezentacja na temat: "Optoelektronika i fizyka materiałowa"— Zapis prezentacji:

1 Optoelektronika i fizyka materiałowa
Zakład Optoelektroniki IF PS dr hab. inż. Prof. PS - Sławomir M. Kaczmarek 1. Scyntylatory (Czochralski) Materiały scyntylacyjne wytwarzane w PSz: BGO – wzorcowy materiał scyntylacyjny. „PSz K05002 pixel (2*2*10 mm): poziomo LYhor = 828 phe/MeV pionowo LYver = 404 phe/MeV zdolność rozdzielcza własna R0 = 8.59 % własna wydajność scyntylacji LY0 = 1084 phe/MeV współczynnik strat absorpcyjnych m = 1.16 cm-1 PML BGO Photonic Materials N pixel (2*2*10 mm): poziomo LYhor = 847 phe/MeV pionowo LYver = 471 phe/MeV własna wydajność scyntylacji LY0 = 1057 phe/MeV !!! (brawo dla PSz!!!) współczynnik strat absorpcyjnych mi = 0.90 cm-1 (tym oni górują) W. Drozdowski, A. Wojtowicz, S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, „Scintillation yield of Bi4Ge3O12 (BGO) pixel crystals”, Physica B 405 (2010) Krótko komentując, wynik kryształu ze Szczecina w geometrii pionowej (a to nas najbardziej interesuje z punktu widzenia zastosowań takich jak PET) jest bardzo dobry, lepszy niż BGO Photonic Materials” – dr Winicjusz Drozdowski, Zakład Optoelektroniki, Uniwersytet im. M. Kopernika, Toruń” Metoda Czochralskiego BGO Optoelektronika i fizyka materiałowa

2 Optoelektronika i fizyka materiałowa
2. Monokryształy nieliniowe Langesity: LGT, LGT:Yb, Ho, LGT:Co Czochralski Czteroboran litu: LBO, LBO:Co, LBO:Mn Przetwornik na drugą harmoniczną lasera Nd:YVO4 (1.06 mm) o sprawności >30% i o wymiarach: 3*3*18 mm wykonany z nieliniowego monokryształu Li2B4O7 D. Piwowarska, S.M. Kaczmarek, W. Drozdowski, M. Berkowski, A. Worsztynowicz, "Growth and optical properties of Li2B4O7 single crystals pure and doped with Yb, Co, Eu and Mn ions for nonlinear applications", Acta Phys. Pol. A, 107 (2005) D. Piwowarska, S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, I. Stefaniuk, „Growth and EPR and optical properties of Li2B4O7 single crystals doped with Co2+ ions”, J. Cryst. Growth, 296 (2006) D. Piwowarska, S.M. Kaczmarek. M. Berkowski, "Growth and characterization of Li2B4O7 single crystals pure and doped with Co ions", Cryst. Res. Tech., 42 (12) (2007) 4. R. Wyrobek, „Przetwornik na wyższe harmoniczne lasera Nd:YAG na bazie Li2B4O7”, praca magisterska, promotor S.M.Kaczmarek 5. B. Felusiak, „Liniowe i nieliniowe właściwości dielektryczne monokryształów Li2B4O7”, praca magisterska, promotor S.M. Kaczmarek 6. D. Piwowarska, Rozprawa doktorska, Szczecin 2005, promotor S.M. Kaczmarek Nieliniowy monokryształ SrxBa1-xNb2O6: Cr – materiał fotorefrakcyjny, relaksor: zapis holograficzny, piezotechnika, optyka nieliniowa (mieszanie fal), solitony Optoelektronika i fizyka materiałowa

3 Optoelektronika i fizyka materiałowa

4 Optoelektronika i fizyka materiałowa
Family of hysteresis loops for SBN33 and SBN58:Cr (0.02mol.%, 0.5mol.%). Domain pattern evolution HL for SBN52:Cr (0.02mol.%) S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, K. Repow, M. Orłowski, A. Worsztynowicz, M. Włodarski, "EPR, optical and dielectric properties of Sr0.33Ba0.67Nb2O6 and SBN33, SBN52:Cr and SBN58:Cr, Yb single crystals pure and doped with chromium and ytterbium", Rev. Adv. Mat. Sci., 14(1) (2007) 49-56 2. K. Matyjasek, K. Repow, S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, "Effect of electrical conductivity on the polarization behavior in the relaxor-ferroelectric SBN33, J. Phys. Cond. Matter 19(46 (2007) 3. K. Matyjasek, K. Wolska, S.M. Kaczmarek, R.Z. Rogowski, "Domain nucleation and growth in relaxor-ferroelectric Sr0.58Ba0.42Nb2O6 doped with chromium and ytterbium", J. Phys. Cond. Matter, 20 (2008) 4. R. Z. Rogowski, K. Matyjasek, K. Wolska and S. M. Kaczmarek, "Kinetics of polarization switching in relaxor-ferroelectric SBN33 crystal doped with chromium”, Phase Transitions, 81 (11/12) (2008) S.M. Kaczmarek, D. Piwowarska, K. Matyjasek, M. Orłowski, L.I. Ivleva, „Optical and dielectric properties of SBN61 single crystals doped with Co, Cr, Ni and Ce”, Opt. Mat., 31 (2009) K. Repow, „Otrzymywanie, właściwości optyczne i EPR monokryształów SrxBa1-xNb2O6 domieszkowanych chromem”, praca magisterska, promotor S.M. Kaczmarek Optoelektronika i fizyka materiałowa

5 Monokryształy FeVO4 (CVD)
B. Bojanowski, S.M. Kaczmarek, „EPR spectroscopy of FeVO4. Single crystal study”, RAMIS 2007, Będlewo W. Paszkowicz, B. Bojanowski, „High preassure structural transitions in FeVO4 single crystals”, in the print M. Bosacka, A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, P. Jakubas, "Reactivity of FeVO4 towards selected molybdates(VI) of divalent transition metals”, J. Phys. & Chem. Sol., 68(5) (2007) Optoelektronika i fizyka materiałowa

6 PbMoO4:Co 0.2% (Czochralski)
1. D. Piwowarska, S.M. Kaczmarek, M. Berkowski, "Growth, optical and magnetic properties of PbMoO4 pure and doped with Co2+ ions", J. Non-Cryst. Sol., 354 (2008) 2. D. Piwowarska, S.M. Kaczmarek, P. Potera, P. Sagan, „Structural, dielectric, EPR and optical studies of PbMoO4 single crystals doped with Co2+ ions”, Opt. Mat., 31 (2009) Optoelektronika i fizyka materiałowa

7 Optoelektronika i fizyka materiałowa
3. Analiza centrów barwnych w monokryształach fluorków: CaF2, LiLuF4, LiYF4, BaY2F8, KY3F10 domieszkowanych Yb3+ 1. S.M. Kaczmarek, A. Bensalah, G. Boulon, "G-ray induced color centers in pure and Yb doped LiYF4 and LiLuF4 single crystals”, Optical Materials, 28/1-2 (2006) (1.339) 2. S.M. Kaczmarek, T. Tsuboi, M. Ito, G. Boulon, G. Leniec, "Optical study of Yb3+/Yb2+ conversion in CaF2 crystals", Journal of Physics: Condensed Matter, 17 (2005) 3. S.M. Kaczmarek, G. Leniec, G. Boulon, "EPR results and Raman spectroscopy as a complementary characterization of isolated Yb ions and Yb pairs in CaF2:Yb single crystals", J. All. Comp. 451 (1/2) (2008) 4. S.M. Kaczmarek, G. Leniec, J. Typek, G. Boulon, A. Bensalah, "Optical and EPR properties of BaY2F8 single crystals doped with Yb", J. of Luminescence 129 (2009) Monokryształy CaF2, LiLuF4, LiYF4, BaY2F8, KY3F10 domieszkowane Yb3+ wykonane zostały we Francji w celu zastosowania ich jako matryce laserowe (i/lub materiały scyntylacyjne) generujące promieniowanie IR o dużej energii (koncentracja Yb aż do 30%). Wykorzystując badania spektroskopowe (absorpcja, fotoluminescencja, termoluminescencja) oraz EPR przeprowadzono analizę wpływu promieniowania gamma na właściwości optyczne monokryształów fluorków domieszkowanych iterbem. Pokazano, że oprócz centrów barwnych typu F, Vk promieniowanie gamma wymusza zjawisko konwersji Yb 3+/Yb2+. W efekcie powstają dwa rodzaje centrów Yb2+ (z uwagi na wysoką koncentracje Yb i występowanie par Yb3+-Yb3+ ): centra Yb2+ związane z Yb3+ (para) oraz centra izolowane Yb3+. Wyższa koncentracja jonów iterbu obniża intensywność dodatkowej absorpcji centrum typu F co oznacza współzawodnictwo tego centrum z jonami iterbu w wychwytywaniu elektronów comptonowskich (powstałych po naświetleniu kryszta- łu kwantami gamma w efekcie zjawiska Comptona). Cooperation with: Physical Chemistry of Luminescent Materials, Claude Bernard/Lyon 1 University, UMR CNRS 5620, Bat. A. Kastler, 10 rue Ampere, Villeurbanne, France Optoelektronika i fizyka materiałowa

8 Optoelektronika i fizyka materiałowa
4. Wzrost sprawności emisji monokryształów forsterytu Mg2SiO4:Cr, po naświetleniu ich kwantami gamma Forsteryt – Mg2SiO4:Cr jest materiałem wykorzystywanym jako matryca laserowa dla laserów przestrajalnych. Pokazano, że kolejne procesy: wygrzanie w atmosferze utleniającej i naświetlenie kwantami gamma dawką 1.2*105 Gy prowadzą do wzrostu amplitudy wzbudzenia i emisji próbki forsterytu, a w konsekwencji lasera. Przyczyną tego jest wzrost koncentracji jonów Cr4+ oraz powstanie centrów barwnych, z których transfer energii do poziomów wzbudzonych jonów Cr4+ podnosi inwersję obsadzeń tych poziomów, w efekcie sprawność lasera. S.M. Kaczmarek, W. Chen, G. Boulon, "Recharging processes of Cr ions in Mg2SiO4 and  Y3Al5O12 crystals under influence of annealing and g-irradiation", Cryst. Res. & Tech., 41 (1) (2006) 41-47 Cooperation with: Physical Chemistry of Luminescent Materials, Claude Bernard/Lyon 1 University, UMR CNRS 5620, Bat. A. Kastler, 10 rue Ampere, Villeurbanne, France Optoelektronika i fizyka materiałowa

9 Optoelektronika i fizyka materiałowa
5. Niskosymetryczne centra domieszkowe C1 w monokrysz- tałach LiNbO3 domieszkowanych Yb oraz Yb+Pr Stwierdzono występowanie jonów Yb3+ w LiNbO3 w postaci dwóch izotopów 170 i 173 w położeniach o dwóch rodzajach symetrii: C3 i C1, przy czym ilość jonów Yb w położeniach o symetrii C1 jest znacznie większa. Do tej pory w literaturze domi- nował pogląd o przewadze w podobnych kryształach jonów Yb o symetrii C3. Przewaga położeń C1 związana jest, naszym zdaniem, z odchyleniem składu kryształu LiNbO3 od składu stechiometrycznego, Li/Nb=0.94. Ponadto, przy koncentracji ok. 1% jonów Yb, stwierdzono już występowanie par jonów Yb3+ - Yb3+ , których obecność szczególnie uwidaczniają pomiary widma EPR. Pary jonów Yb widoczne są również w widmie EPR kryształów LiNbO3 domieszkowanych Yb i kodomiesz- kowanych Pr. 1. T. Bodziony, S. M. Kaczmarek, J. Hanuza, "EPR and optical studies of LiNbO3:Yb and LiNbO3:Yb, Pr single crystals", J. All. & Comp., 451 (1/2) (2008) 2. T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, „A new low symmetry centres of Yb3+ impurities in lithium niobate single crystal”, Opt. Mat., 29 (2007) 3. T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, C. Rudowicz, "EPR and optical study of magnetically coupled Yb3+ ion pairs in weakly doped LiNbO3:Yb single crystal", Physica B, 403 (2008) Optoelektronika i fizyka materiałowa

10 Optoelektronika i fizyka materiałowa
6. Niskosymetryczne centra domieszkowe C1 w monokrysz- tałach LiNbO3 domieszkowanych Er T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, "EPR and optical measurements of weakly doped LiNbO3:Er", Physica B, 400 (2007) 2. T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, "EPR study of low symmetry Er centers in congruent lithium niobate", Phys. Stat. Sol. B, 245 (5) (2008) T. Bodziony, „On possible existence of a new Er centres in LiNbO3:Er, Tm”, Opt. Mat, 31 (2008) T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, „Temperature dependence of the EPR spectra and optical measurements of LiNbO3:Er, Tm single crystal”, J. All. Comp. , 468 (2009) Optoelektronika i fizyka materiałowa

11 Optoelektronika i fizyka materiałowa
7. Synteza i charakteryzacja nowych związków M2CrV3O11-x, (M=Zn, Mg, Ni) Metale przejściowe i ich układy wieloskładnikowe bywają bardzo dobrymi katalizatorami. Preparatykę związków M2CrV3O11 wykonano na Wydziale Chemii PS, zaś ich charakteryzacji dokonano w ramach pracy doktorskiej A. Worsztynowicza. Przeprowadzono pomiary EPR i podatności magnetycznej, z których jednoznacznie wynika, że jony Cr tworzą pary w związkach Mg2CrV3O11 oraz Zn2CrV3O11, zaś pary Cr-Ni w związkach Ni2CrV3O11. Zbudowano i dopasowano odpowiednie modele teorety- czne pozwalające na porównanie z wynikami eksperymentalnymi. Uzyskana zgodność jest wystarczająca. A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, V. Mody, R.S. Czernuszewicz, "Vanadochromates with divalent metals; structural and magnetic characterization", Rev. Adv. Mat. Sci. 14(1) (2007) 33-40 2. A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, M. Bosacka, V. Mody, R.S. Czernuszewicz, "Structural and magnetic characterization of the Cr3+ and Ni2+ ion species in Ni2CrV3O11", Rev. Adv. Mat. Sci., 14(1) (2007) 24-32 3. A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, M. Kurzawa, M. Bosacka, "Magnetic study of Cr3+ ion in M2CrV3O11-x (M=Zn, Mg) compunds", Journal of Solid State Chemistry, Ms. No.: JSSC R1, 178/7 (2005) 4. A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, W. Paszkowicz, R. Minikayev, „"Crystal structure of magnesium chromium vanadate Mg2CrV3O11, a member of A2BV3O11 vanadate family", Powder Diff., 22(3) (2007) 5. A. Worsztynowicz, Rozprawa doktorska, obrona , promotor S.M. Kaczmarek Optoelektronika i fizyka materiałowa

12 Optoelektronika i fizyka materiałowa
8. Synteza oraz spektralne i magnetyczne właściwości związków makrobicyklicznych i makroacyklicznych – potencjalnych enzymów i kontrastów MRJ Ligand 33T Ligand 1T 33TGd 1TGd G. Leniec, S.M. Kaczmarek, J. Typek, B. Kołodziej, E. Grech, W. Schilf, "Spectroscopic and magnetic properties of Gadolinium macrobicyclic cryptate complex", J. Phys.: Cond. Matter, 18 (2006) 2. G. Leniec, S.M. Kaczmarek, J. Typek, B. Kołodziej, E. Grech, W. Schilf, "Spectroscopic and magnetic properties of Gadolinium macroacyclic and macrobicyclic complexes", Solid State Phenomena, 128 (2007) 3. G. Leniec, S.M. Kaczmarek, J. Typek, B. Kołodziej, E. Grech, W. Schilf, "Magnetic and spectroscopic properties of Gadolinium macroacyclic Schiff base complex", Sol. St. Sci., 9 (2007) 4. G. Leniec, J. Typek, S.M. Kaczmarek, "Magnetic properties of a new Er (III) macrobicyclic complex studied by EPR", Applied Mag. Res., 35 (1) (2008) 5. P. Przybylski, B. Kołodziej, G. Leniec, S.M. Kaczmarek, E. Grech, J. Typek, B. Brzeziński, "ESI MS, spectroscopic and semiempirical characterization of a new macrobicyclic complex with Er(III) cation", J. Mol. Structure, 878 (2008) 6. G. Leniec, S.M. Kaczmarek, J. Typek, B. Kołodziej, P. Przybylski, B. Brzeziński, E. Grech, „FIR, ESI and EPR studies Of a Dy(III) Schiff base podand complex, J. Non-Cryst. Sol., 355 (2009) 7. G. Leniec, Rozprawa doktorska, obrona , promotor S.M. Kaczmarek Optoelektronika i fizyka materiałowa

13 Optoelektronika i fizyka materiałowa
9. Synteza i charakteryzacja nowych związków: molibdenianów, wolframianów RE i TM – mat. laserowych M. Bosacka, A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, P. Jakubas, "Reactivity of FeVO4 towards selected molybdates(VI) of divalent transition metals”, J. Phys. & Chem. Sol., 68(5) (2007) 2. E. Tomaszewicz, A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, "Subsolidus phase relations in CuWO4-Gd2WO6 system", Solid State Sciences, 9 (2007) 43-51 3. E. Tomaszewicz, S.M. Kaczmarek, H. Fuks, "New cadmium and rare-earth metal tungstates with the sheelite type structure", Journal of Rare-Earths, 20 (2009) 4. E. Tomaszewicz, J. Typek, S.M. Kaczmarek, "Synthesis and some properties of new copper and rare-earth metal tungstates", J. Therm. Anal. Cal, 98 (2009) 5. E. Tomaszewicz, A. Worsztynowicz, S.M. Kaczmarek, "Reactivity in the solid state between CuWO4 and Re2WO6 where RE=Nd, Sm, Eu, Dy. Ho, Er", Materiały IX Seminarium im. St. Bretsznajdera, pp , Płock 27/ Optoelektronika i fizyka materiałowa

14 Optoelektronika i fizyka materiałowa
10. Charakteryzacja nowych związków: YVO4:Yb, Tm materiałów laserowych H. Fuks, S.M. Kaczmarek, L. Macalik, B. Macalik, J. Hanuza, „EPR and vibrational studies of YVO4:Yb, Tm single crystal”, Opt. Mat., 31 (2009) Optoelektronika i fizyka materiałowa

15 Optoelektronika i fizyka materiałowa
11. Optical and EPR study of BaY2F8 single crystals doped with Yb Optoelektronika i fizyka materiałowa S.M. Kaczmarek, G. Leniec, J. Typek,G. Boulon, A. Bensalah, „Optical and EPR study of BaY2F8 single crystals doped with Yb”, J. Lum., 2009, in the print