Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

48 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK, FACHBEREICH PHYSIK
Ergebnisse
Bevor die eigentlichen Ergebnisse dargestellt werden, soll kurz die Vorgehensweise bei der ODMR erklärt werden.
Bei konstanter optischer Anregung wird das Magnetfeld variiert, wobei mit ebenfalls konstanter Leistung
die Mikrowelle an die Probe geführt wird. Sobald das Magnetfeld den Wert der Elektronen-Spin-Resonanz bei
der vorgegebenen Mikrowellenfrequenz erreicht hat, ändert sich die Intensität der durch die optische Anregung
hervorgerufenen Lumineszenz. Diese Änderung wird als Funktion des Magnetfeldes dargestellt. Aus modulationstechnischen
Gründen bekommt man in unserem Fall nicht die Mikrowellenabsorptionskurve, sondern deren
Ableitung. Die vollständige Information über die untersuchten paramagnetischen Zentren kann, wie in der magnetischen
Resonanzspektroskopie üblich, erst durch Messung der Winkelabhängigkeiten der Signale gewonnen
werden. Dazu wird eine Reihe von ODMR-Spektren gemessen, die sich durch die Orientierung der Probe bezüglich
der Achse des Magnetfeldes unterscheiden.
Lumineszenzintensität (arb.units)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
600
Wellenlänge (nm)
500 400
a
b
c
16 20 24 28 32
Wellenzahl (·10 3 cm -1 )
350
Abbildung 1: Das Lumineszenzspektrum des untersuchten
Al2O3:Ti-Kristalls (a), angeregt zwischen 250 nm und
300 nm, gemessen bei einer Temperatur von 2 K. Frei
skaliert sind die bei Raumtemperatur gemessene
„blaue“ (b) und „grüne“ (c) Lumineszenzbande aus [12].
Durch Absorptionsmessungen bei Raumtemperatur wurden in unserer Probe die zwei bekannten überlappenden
Absorptionsbanden bei ca. 20 000 cm -1 analysiert, die von dem 2 T2 → 2 E Übergang des Ti 3+ -Zentrums kommen
[16]. Es wurde auf eine Ti 3+ -Konzentration von 4,0·10 18 cm -3 geschlossen. Anhand der UV-Absorptionsbande
bei ca. 45 000 cm -1 , die zum Charge-Transfer-Übergang des Ti 4+ -Zentrums [13] gehört, konnte die Konzentration
der Ti 4+ -Zentren auf 0,8·10 18 cm -3 geschätzt werden. Da Wong et al. in [13] von einem Verhältnis
[Ti 4+ ]/[Ti 3+ ]=0,14 in einer „as grown“ Probe berichten, muss man schließen, dass unser Kristall mit
[Ti 4+ ]/[Ti 3+ ]=0,2 unter etwas stärker oxidierenden Bedingungen gezogen wurde. Mittels konventioneller ESR
konnten alleine die Resonanzen vom isolierten Ti 3+ -Zentrum beobachtet werden. Es liegen also keinerlei Hinweise
für die Existenz von F + -Zentren oder sonstigen paramagnetischen Zentren in dem untersuchten Kristall
vor.
Bei T=2 K zeigte die untersuchte Probe das in Abb. 1 (a) dargestellte Lumineszenzspektrum. In diese Abbildung
wurden auch die bei Raumtemperatur gemessenen Lumineszenzspektren aus [12] eingetragen. Dabei ist (b) die
„blaue“ und (c) die „grüne“ Lumineszenz mit den entsprechenden Anregungswellenlängen von 255 nm und
300 nm. Die Abbildung macht plausibel, dass die gemessene Lumineszenzbande der untersuchten Probe aus den
beiden schon früher bekannten Teilbanden besteht. Der Unterschied zwischen der rechten Flanke der Gesamtbande
und der rechten Flanke der (b)-Teilbande kann temperaturbedingt sein. Somit können wir davon ausgehen,
dass sich unsere Untersuchungen mit den in der Literatur betrachteten Zentren befassen.