PULSE CATHODOLUMINESCENCE OF THE IMPURITY CENTERS IN CERAMICS BASED ON THE MgAl₂O₄ SPINEL

The spectral and luminescence decay kinetics of magnesium aluminate spinel ceramics prepared by spark plasma sintering (SPS) technique and the starting nanopowders were studied. It was demonstrated that there are two types of luminescence in spinel ceramics can be observed after pulse e-beam excitation. The first type is intrinsic defects, and the second one responsible for Cr³⁺ and Mn²⁺ ions. It was shown that the luminescence decay kinetics for Cr³⁺ and Mn²⁺ impurity ions can be approximated by the sum of two exponents. The decay times for the Cr³⁺ ion are 35 and 409 ns, for the Mn²⁺ ion are 29 and 340 ns. High-temperature exposure during of SPS synthesis does not lead to a change in the nearest surroundings of impurity ions. In the luminescence spectra of ceramic and powder samples the intensity ratio changes of intrinsic and impurity centers and this is associated with strong diffuse scattering of light for spinel nanopowders.

импульсная катодолюминесценция, нанокерамика, алюмомагниевая шпинель MgAl₂O₄, ионы хрома Cr³⁺, ионы марганца Mn²⁺, искровое плазменное спекание, время затухани, pulse cathodoluminescence, nanoceramic, spinel MgAl₂O₄, Cr³⁺ ions, Mn²⁺ ions, spark plasma sintering technique, decay time

1. Е. С. Лукин, Н. А. Попова, В. С. Глазачев, Л. Т. Павлюкова, Н. А. Куликов. Журн. конструкции из композиц. матер., № 3 (2015) 24-36

2. J. Zhang, T. Lu, X. Chang, N. Wei, W. Xu. J. Phys. D: Appl. Phys., 42, N 5 (2009) 520-535

3. О. Л. Хасанов, Э. С. Двилис, З. Г. Бикбаева. Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий, Москва, Бином (2013)

4. S. V. Motloung, B. F. Dejene, R. E. Kroon, O. M. Ntwaeaborwa, H. C. Swart, T. E. Motaung. Optik, 131 (2017) 705-712

5. C.-F. Chen, F. P. Doty, R. J. T. Houk, R. O. Loutfy, H. M. Volz, P. Yang. J. Am. Ceramic Soc., 93, N 8 (2010) 2399-2402

6. M. G. Brik, J. Papan, D. J. Jovanović, M. D. Dramićanin. J. Lumin., 177 (2016) 145-151

7. V. F. Tarasenko, V. M. Lisitsyn, E. F. Polisadova, D. T. Valiev, A. G. Burachenko, E. H. Baksht. Luminescence of the Calcite under E-beam Excitation (2012) 193-211

8. G. S. White, K. H. Lee, J. R. Crawford. J. Appl. Phys. Lett., 35 (1979) 1-3

9. P. D. Borges, J. Cott, F. G. Pinto, J. Tronto, L. Scolfaro. Mater. Res. Express, 3 (2016) 762-772

10. P. K. Bandyopadhyay, G. P. Summers. J. Phys. Rev., 31 (1985) 422-431

11. D. L. Wood, G. F. Imbusch, R. M. Macfarlane, P. Kisliuk, D. M. Larkin. J. Chem. Phys., 48, N 11 (1968) 5255-5263

12. D. Lapraz, P. Iacconi, D. Daviller, B. Guilhot. J. Phys. Status Solidi, 126 (1991) 521-531

13. C. Ballesteros, J. Llopis, R. Y. González. J. Solid State Commun., 51, N 1 (1984) 37-39

14. Ю. Г. Казаринов, В. Т. Грицына, В. А. Кобяков. Вопросы ат. науки и техники. Сер. Физика рад. повреждений и рад. материаловедение, 81, № 3 (2002) 53-57

15. Д. Т. Свиридов, Р. К. Свиридова, Ю. Ф. Смирнов. Оптические спектры ионов переходных металлов в кристаллах, Москва, Наука (1976)

16. A. Tomita, T. Sato, K. Tanaka, Y. Kawabe, M. Shirai, K. Tanaka, E. Hanamura. J. Lumin., 109, N 1 (2004) 19-24

17. K. Izumi, S. Miyazaki, S. Yoshida, T. Mizokawa, E. Hanamura. Phys. Rev. B, 76, N 7 (2007) 075111

18. U. R. Rodriguez-Mendoza, V. D. Rodriguez, A. Ibarra. Radiat. Effect. Defect. Solids, 136, N 2 (1995) 29-32

19. М. Л. Гафт, Б. С. Горобец, И. С. Наумова. Минералог. журн., 3, № 2 (1981) 71-80

20. C. A. Gilbert, R. Smith, S. D. Kenny, S. T. Murphy, R. W. Grimes. J. Phys.: Condens. Matter, 21, N 27 (2009) 275406