F-центр
-
F-центры: определение и свойства
- F-центры — это кристаллографические дефекты, при которых анионная вакансия занята неспаренными электронами.
- Электроны в вакансиях поглощают свет, делая материал окрашенным.
- Чем больше центров F, тем интенсивнее цвет.
-
История открытия
- В 1830 году Пирсолл обнаружил обесцвечивание плавикового шпата фиолетовым светом.
- В 1921 году Рентген измерил фотоэлектрическую проводимость соли, облученной рентгеновскими лучами.
- В 1933 году Моллво предположил, что F-центры — это дефекты атомных кристаллов.
- В 1957 году электронный спиновый резонанс доказал это.
-
Причины и примеры
- F-центры возникают при нагревании оксидов металлов, оставляя электроны в вакансиях.
- В галогенидах щелочных металлов F-центры придают кристаллам желтый оттенок.
- В природе F-центры могут быть обнаружены в минерале Blue John и сапфире.
-
Типы F-центров
- F-центр — это анионная вакансия, занятая электроном.
- Н-центр — это галогеновая вставка, противоположная F-центру.
- F-центры могут быть заряженными, например, F+ или F-.
- FA-центры и FB-центры — это F-центры с соседними положительными ионами.
-
Комплексы F-центров
- F2 и F3 — это комбинации соседних F-центров.
- Центр F2 может быть ионизирован в центр F2+.
-
Центры Fs
- Fs-центры образуются на поверхности оксидных кристаллов.
- Они менее связаны и работают как катализаторы адсорбции.
- Центры Fs разрушаются при нагревании, но обратимы при удалении кислорода.
-
Создание F-центров в лаборатории
- F-центры создаются облучением кристаллов галогенидов щелочей.
- Возможны три механизма поглощения энергии: экситоны, однократная и многократная ионизация.
- Формирование центра F2 аналогично: F−центр ионизируется, электрон перемещается, образуя два соседних F-центра.
- Аддитивное окрашивание достигается нагреванием кристалла в парах щелочного металла.
-
Процесс образования F-центров
- Атомы металла захватываются на поверхности кристалла и ионизируются.
- Валентный электрон перемещается в кристаллическую решетку, образуя анионную вакансию.
- Кристалл закаливают для предотвращения перемещения F-центров.
-
Примеры и применение
- Нагревание NaCl в атмосфере металлического натрия создает F-центры.
- В оксидах возможно аддитивное окрашивание кристалла металлом.
- F-центры используются в лазерах с цветовым центром для усиления света.
-
Лазеры с цветовым центром
- Лазеры на основе F-центров работают в ближней инфракрасной области.
- Используются для изучения молекулярных колебаний.
- Примеры материалов: кристаллы хлорида калия и рубидия, легированные хлоридом лития.
-
Особенности F-центров
- F-центры имеют полосы оптического поглощения и излучения.
- Излучение смещено по Стоксу в сторону более длинных волн.
- При низких температурах сдвиг становится меньше, некоторые кристаллы излучают видимый свет.