PHOTOLUMINESCENCE SPECTRA OF THE 580 nm CENTER IN IRRADIATION-MODIFIED DIAMONDS
Abstract
We study the mechanisms of formation of the optical center with a zero-phonon line (ZPL) at 580 nm (H19 center) displayed in the photoluminescence (PL) spectra of neutron-irradiated or ion-implanted natural and chemical vapor-deposited diamonds after their high-temperature vacuum annealing. It is shown that the amplitude of the H19 center band at 580 nm increases exponentially with increasing the annealing temperature. From studying the PL spectra temperature dependence and the effects of local mechanical stresses on the position and full width at half maximum of the ZPL peak at 580 nm and its phonon wing one can conclude that the H19 optical center is a complex intrinsic vacancy defect.
About the Authors
A. A. Khomich
V. A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Fryazino, 141190, Moscow region
Russian Federation
Fryazino, 141190, Moscow region
R. A. Khmelnitskii
P. N. Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Moscow, 117924
Russian Federation
Moscow, 117924
O. N. Poklonskaya
Belarusian State University
Belarus
Minsk, 220030
Belarus
Minsk, 220030
A. A. Averin
A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Moscow, 119071
Russian Federation
Moscow, 119071
S. N. Bokova-Sirosh
A. M. Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Moscow, 119991
Russian Federation
Moscow, 119991
N. A. Poklonski
Belarusian State University
Belarus
Minsk, 220030
Belarus
Minsk, 220030
V. G. Ralchenko
A. M. Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences; Harbin Institute of Technology, China
Russian Federation
Moscow, 119991; Harbin, 150001, China
Russian Federation
Moscow, 119991; Harbin, 150001, China
A. V. Khomich
V. A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Fryazino, 141190, Moscow region
Russian Federation
Fryazino, 141190, Moscow region
References
1. A. Sipahigil, R. E. Evans, D. D. Sukachev, M. J. Burek, J. Borregaard, M. K. Bhaskar, C. T. Nguyen, J. L. Pacheco, H. A. Atikian, C. Meuwly, R. M. Camacho, F. Jelezko, E. Bielejec, H. Park, M. Lončar, M. D. Lukin. Science, 354, N 6314 (2016) 847—850
2. S. Johnson, P. R. Dolan, J. M. Smith. Prog. Quant. Electron., 55 (2017) 129—165
3. E. Ekimov, M. V. Kondrin, V. S. Krivobok, A. A. Khomich, I. I. Vlasov, R. A. Khmelnitskiy, T. Iwasaki, M. Hatano. Diam. Relat. Mater., 93 (2019) 75—83
4. T. Lühmann, N. Raatz, R. John, M. Lesik, J. Rödiger, M. Portail, D. Wildanger, F. Kleißler, K. Nordlund, A. Zaitsev, J.-F. Roch, A. Tallaire, J. Meijer, S. Pezzagna. J. Phys. D, 51, N 48 (2018) 483002
5. B. Dischler. Handbook of Spectral Lines in Diamond. Vol. 1. Tables and Interpretations, New York, Springer (2012) 14—64
6. А. В. Хомич, Р. А. Хмельницкий, Н. А. Поклонский, Н. М. Лапчук, А. А. Хомич, В. А. Дравин, О. Н. Поклонская, Е. Е. Ашкинази, И. И. Власов, Е. В. Заведеев, В. Г. Ральченко. Журн. прикл. спектр., 79, № 4 (2012) 615—624 [A. V. Khomich, R. A. Khmelnitsky, N. A. Poklonski, N. M. Lapchuk, A. A. Khomich, V. A. Dravin, O. N. Poklonskaya, E. E. Ashkinazi, I. I. Vlasov, E. V. Zavedeev, V. G. Ralchenko. J. Appl. Spectr., 79, N 4 (2012) 600—609]
7. А. А. Хомич, В. Г. Ральченко, А. В. Хомич, И. И. Власов, Р. А. Хмельницкий, А. Е. Карькин. Изв. вузов. Хим. химич. технол., 56, № 5 (2013) 27—31
8. А. В. Хомич, А. Е. Карькин, В. Г. Ральченко, И. И. Власов, А. А. Хомич, Н. М. Лапчук, О. Н. Поклонская, Р. А. Хмельницкий, А. А. Аверин, А. А. Ширяев. Матер. 9-й междунар. конф. “Взаимодействие излучений с твердым телом”, Минск, 20–22 сентября 2011 г., Минск, изд. центр БГУ (2011) 180—182
9. C. D. Clark, R. W. Ditchburn, H. B. Dyer. Proc. R. Soc. Lond. A, 234 (1956) 363—381
10. A. M. Zaitsev. Optical Properties of Diamond. A Data Handbook, Berlin, Springer (2001) 262
11. А. А. Хомич, А. А. Аверин, О. Н. Поклонская, А. И. Ковалев, М. В. Козлова, Р. А. Хмельницкий, В. Г. Ральченко, Н. А. Поклонский, А. В. Хомич. Матер. 12-й междунар. конф. “Взаимодействие излучений с твердым телом”, Минск, 19–22 сентября 2017 г., Изд. центр БГУ (2017) 75—77
12. J. Forneris, P. Traina, D. G. Monticone, G. Amato, L. Boarino, G. Brida, I. P. Degiovanni, E. Enrico, E. Moreva, V. Grilj, N. Skukan, M. Jakšić, M. Genovese, P. Olivero. Sci. Rep., 5 (2015) 15901
13. J. Forneris, S. D. Tchernij, A. Tengattini, E. Enrico, V. Grilj, N. Skukan, G. Amato, L. Boarino, M. Jakšić, P. Olivero. Carbon, 113 (2017) 76—86
14. K. Wang, J. Steeds, Z. Li. Diam. Relat. Mater., 25 (2012) 29—33
15. J. W. Steeds. Nucl. Instrum. Meth. B, 269 (2011) 1702—1706
16. S. V. Nistor, M. Stefan, V. Ralchenko, A. Khomich, D. Schoemaker. J. Appl. Phys., 87 (2000) 8741—8746
17. А. В. Хомич, Р. А. Хмельницкий, X. J. Hu, А. А. Хомич, А. Ф. Попович, И. И. Власов, В. А. Дравин, Y. G. Chen, А. Е. Карькин, В. Г. Ральченко. Журн. прикл. спектр., 80, № 5 (2013) 719—726 [A. V. Khomich, R. A. Khmelnitskii, X. J. Hu, A. A. Khomich, A. F. Popovich, I. I. Vlasov, V. A. Dravin, Y. G. Chen, A. E. Karkin, V. G. Ralchenko. J. Appl. Spectr., 80 (2013) 707—714]
18. A. Bolshakov, V. Ralchenko, V. Sedov, A. Khomich, I. Vlasov, A. Khomich, N. Trofimov, V. Krivobok, S. Nikolaev, R. Khmelnitskii, V. Saraykin. Phys. Status Solidi A, 212 (2015) 2525—2532
19. А. V. Khomich, V. G. Ralchenko, A. V. Vlasov, R. A. Khmelnitskiy, I. I. Vlasov, V. I. Konov. Diam. Rel. Mater., 10 (2001) 546—551
20. А. А. Гиппиус, A. M. Зайцев, B. C. Вавилов. ФТП, 16 (1982) 404—411 [A. A. Gippius, A. M. Zaitsev, V. S. Vavilov. Sov. Phys. Semicond., 16 (1982) 256—261]
21. А. А. Gippius, R. A. Khmelnitskiy, V. A. Dravin, A. V. Khomich. Diam. Relat. Mater., 12 (2003) 538—541
22. K. Iakoubovskii, G. J. Adriaenssens, M. Nesladek. J. Phys.: Condens. Matter, 12 (2000) 189—199
23. R. U. A. Khan, P. M. Martineau, B. L. Cann, M. E. Newton, D. J. Twitchen. J. Phys.: Condens. Matter, 21 (2009) 364214
24. S. Onoda, K. Tatsumi, M. Haruyama, T. Teraji, J. Isoya, W. Kada, T. Ohshima, O. Hanaizumi. Phys. Status Solidi A, 214 (2017) 1700160
25. G. Davies, A. T. Collins. Diam. Relat. Mater., 2 (1993) 80—86
26. E. Anastassakis. J. Appl. Phys., 86 (1999) 249—258
27. I. I. Vlasov, V. G. Ralchenko, E. D. Obraztsova, A. A. Smolin, V. I. Konov. Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 1789—1791
28. L. Nistor, V. Ralchenko, I. Vlasov, A. Khomich, R. Khmelnitskiy, P. Potapov, J. Van Landuyt. Phys. Status Solidi A, 186 (2001) 207—214
29. V. Ralchenko, L. Nistor, E. Pleuler, A. Khomich, I. Vlasov, R. Khmelnitskii. Diam. Relat. Mater., 12 (2003) 1964—1970
30. A. A. Khomich, A. N. Dzeraviaha, O. N. Poklonskaya, A. V. Khomich, R. A. Khmelnitsky, N. A. Poklonski, V. G. Ralchenko. J. Phys.: Conf. Ser., 1135 (2018) 012019
31. K. K. Rebane. Impurity Spectra of Solids: Elementary Theory of Vibrational Structure, New York - London, Plenum Press (1970) 45
32. V. Hizhnyakov, H. Kaasik, I. Sildos. Phys. Status Solidi B, 234 (2002) 644—653
33. M. W. Doherty, V. M. Acosta, A. Jarmola, M. S. J. Barson, N. B. Manson, D. Budker, L. C. L. Hollenberg. Phys. Rev. B, 90 (2014) 041201(R)
34. G. Davies. In: CVD Diamond for Electronic Devices and Sensors, Ed. R. S. Sussmann, Chichester, Wiley (2009) 3—28
35. A. M. Zaitsev. Phys. Rev. B, 61 (2000) 12909—12922
36. W. Windl, P. Pavone, K. Karch, O. Schütt, D. Strauch, P. Giannozzi, S. Baroni. Phys. Rev. B, 48 (1993) 3164—3170
37. P. Németh, L. A. J. Garvie, T. Aoki, N. Dubrovinskaia, L. Dubrovinsky, P. R. Buseck. Nat. Commun., 5 (2014) 5447
38. S. M. Pimenov, A. A. Khomich, I. I. Vlasov, E. V. Zavedeev, A. V. Khomich, B. Neuenschwander, B. Jäggi, V. Romano. Appl. Phys. A, 116 (2014) 545—554
39. О. Н. Поклонская, С. А. Вырко, А. А. Хомич, А. А. Аверин, А. В. Хомич, Р. А. Хмельницкий, Н. А. Поклонский. Журн. прикл. спектр., 81, № 6 (2014) 879—887 [O. N. Poklonskaya, S. A. Vyrko, A. A. Khomich, A. A. Averin, A. V. Khomich, R. A. Khmelnitsky, N. A. Poklonski. J. Appl. Spectr., 81, N 6 (2015) 969—977]
40. R. Sandstrom, L. Ke, A. Martin, Z. Wang, M. Kianinia, B. Green, W. Gao, I. Aharonovich. Opt. Commun., 411 (2018) 182—186
41. V. D. Tkachev, A. M. Zaitsev, V. V. Tkachev. Phys. Status Solidi B, 129 (1985) 129—133
42. M. Wang, G. Shi, J. C. C. Yuan, W. Han, Q. Bai. J. Spectrosc., 2018 (2018) 8153941
43. Diamond (C), EPR spectra W1 – W44. In: Impurities and Defects in Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part a: Group IV Elements, Eds. O. Madelung, U. Rössler, M. Schulz, Berlin, Springer (2002) 1—22
Review
For citations:
Khomich A.A., Khmelnitskii R.A., Poklonskaya O.N., Averin A.A., Bokova-Sirosh S.N., Poklonski N.A., Ralchenko V.G., Khomich A.V. PHOTOLUMINESCENCE SPECTRA OF THE 580 nm CENTER IN IRRADIATION-MODIFIED DIAMONDS. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2019;86(4):539-548. (In Russ.)
Views: 307
Email this article 