Thermoluminescence de LiF à basse température

HAL Id: jpa-00205942

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00205942

Submitted on 1 Jan 1965

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Thermoluminescence de LiF à basse température

J. Tournon, P. Berge

To cite this version:

J. Tournon, P. Berge. Thermoluminescence de LiF à basse température. Journal de Physique, 1965,

26 (3), pp.147-149. �10.1051/jphys:01965002603014700�. �jpa-00205942�

147.

THERMOLUMINESCENCE DE LiF A BASSE TEMPÉRATURE

Par J. TOURNON et P. BERGE,

Service de Physique ^{du Solide et de Résonance} Magnétique, ^{C. E.} N., Saclay.

Résumé. 2014 Des expériences de thermoluminescence ont montré l’existence de deux niveaux métastables à 78 °K, produits par l’excitation des centres F dans le fluorure de lithium irradié. Les

quantités de lumière réémise dépendent du nombre de centres, de la durée d’excitation dans la bande F et aussi du nombre d’expériences de thermoluminescence effectuées à partir d’un cristal frais, qui ^n’a jamais ^été excité. Un modèle est proposé pour expliquer ^{ces résultats.}

Abstract. - Lithium fluoride crystals, 03B3-irradiated ^{at room} temperature, ^are excited in the F- centre band at 78 °K. When heated the crystals ^emit peaks of thermoluminescent light ^at

100 °K and 150 °K. The quantities of emitted light depend ^on the time of 03B3-irradiation, the duration of excitation, ^{and on} the number of thermoluminescence experiments performed, starting ^{from a}

fresh crystal. ^{A model is} proposed ^to explain ^the experimental ^results.

LE JOURNAL bE PHYSIQUE ^TOME 26, ^MARS 1965, ¹

1. Introduction.

Les cristaux de LiF irradi6s a l’ambiante au Coy ^et pr6selitant ^{une bande F et}

accessoirement M, ^sont excites a 78 OK dans la bande .F (2 ⁵⁰⁰ A). ^On observe, ^{au cours de leur}

retour a l’ambiante, deux emissions de thermolu- minescence dont les pics P, ^et P2 ^se placent ^à

100 OK et 150 OK pour ^une vitesse de r6chauf- fement de 14°/mn (fig. 1). Ces deux emissions révèlent la d6sexcitation de deux niveaux m6tas- tables independants ^{obtenus a} partir ^{des centres F}

et de temps ^{de vie} pratiquement infini a 78 OK.

On peut leur associer des energies d’activation

respectives ^de 0,15 ^{eV et} 0,2 ^eV.

FIG. 1.

Courbe de Lhermoluminescence ^{de LiF a} basse

temperature, pour ty

^{17 heures, t = 5 s et}

^1.

I I. R6sultats et discussion.

Une etude quan- titative ^{des emissions de} thermoluminescence a 6t6

faite pour des cristaux de provenance industrielle

(quelques ^PPM d’impuretés bivalentes). Les quan- tit6s totales de lumiere I, ^et I 2 6mise dans les pics P1 ^et P2 dependent ^{de trois} param6tres : ty, ^{la dur6e} d’irradiation aux rayons y ; tuv, la dur6e d’exci- tation ultraviolette dans la bande F ; n, Ie nombre

d’expériences de thermoluminescence successives

sur un cristal fraichement irradie.

La figure ² repr6sente les intensités totales Ii

et I2 ^{6mises a la} premiere désexcitation, ^{en fonction}

de la dur6e d’excitation en UV, pour deux irra- diations _y (15 ^{minutes et 17} heures), correspondant

FIG. 2.

Variation de 11 ^et 12 avec tuv, pour n

1, ty ^{= 15 minutes et 17 heures.}

respectivement ^{a 2 X 1017 centres F, et 3 X 1018}

centres F et 1017 centres M. Apr6s ^{une croissance} rapide ^et grossièrement linéaire, l’émission pr6sente

un maximum suivi d’une lente d6croissance. Cette d6croissance implique que le temps de vie des niveaux métastables ^a une valeur ^{finie sous} rayon- nement à 78 OK, beaucoup plus ^courte qu’en

l’absence de rayonnement.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002603014700

148

Les figures ^{3 et 4} repr6sentent 1’6volution de 11

et I2 ^en fonction de _n, le nombre de désexcitations successives. Les logarithines des intensités 6mises d6croissent lin6airement avec n. Cette evolution n’est pas li6e ^a celle du nombre total de centres F

FIG. 3.

Variation de log Il ^avec n, pour ty

^{15 minutes.}

FIG. 4.

Variation de log 11 ^et log I2 ^avec n,

pour ty

^{17 heures.}

qui ^reste pratiquement ^constant dans Ie ^processus.

On est oblige d’admettre que seule ^{une tres} faible fraction des centres F intervient dans le processus

d’excitation et qu’une fraction de ces centres actif s est perdue ^a chaque processus de thermolumi-

nescence. Les pentes des droites des figures ^{3 et 4}

varient tres lentement avec le paramètre ^{tuv, ce} qui indique ^{que la fraction} perdue ^a chaque processus de thermoluminescence varie peu ^avec tuv, ^donc que les centres actifs sont perdus ^{surtout lors de ]a} désexcitation, ^une plus ^faible part ^est perdue ^lors

de 1’excitation [1], ^cette part augmentant ^{avec tuv.}

Supposons qu’en ^certaines regions ^du cristal,

des centres F, ^dits préférentiels, soient distribués a des distances tres faibles, quelques ^distances interatomiques, ^{d’autres centres} que ^nous appel-

lerons pour l’instant ^centres X. Lorsque ^{les centres}

F sont excites, iJ s eff ectuent des transitions depuis

des 6tats Is jusqu’à ^{des 6tats} 2p. ^{Ces 6tats} 2p ^ont

des orbites étendues. Nous pouvons avoir alors effet tunnel [2] ^{et un electron} peut passer d’un centre F a un centre X voisin pour donner ^un centre (FX) ^{et une Jacune} negative :

ces centres (FX) ^{6tant stables a 78 OK.}

Lorsque ^nous r6chauffons le cristal les electrons

supplémentaires ^{des centres} (FX) ^{sont actives et} passant dans la bande de conduction. Ils peuvent

alors se d6placer ^et atteindre des points ^{du cristal} 6loign6s ^{des centres} préférentiels. ^{Seule une frac-}

tion sera captur6e par des lacunes negatives ^assez proches ^{des centres} X, permettant ^un nouvel effet

tunnel, ^et ils donneront des centres F préférentiels.

Les autres donneront des centres non actifs. A

chaque processus de thermoluminescence, ^une partie des centres F pr6f6rentiels ^{est ainsi} perdue

au profit ^{de centres non actifs.}

Le modele le plus simple que ^nous pouvons proposer pour le ^centre X, ^{associe au} pic P1, ^est

un centre F, ^{le centre} (FX1) serait alors le centre F’

deja decrit par Seitz : deux electrons ^{et une} lacune

n6gative :

Pour le centre X2 ^{associe au} pic P2, ^nous pouvons proposer le ^centre M, ^{le centre} F Xz serait alors deux lacunes negatives, ^{et trois} électrons. Ce modele est justifie par l’augmentation ^du rapport 12/ II’ ^entre les deux doses de rayonnement y

(tY

15 minutes et ty

17 heures), la difference essentielle entre les deux doses 6tant la croissance

importante ^{de la bande M.}

III. Conclusion. - Les cristaux d’abord 6tu- di6s [3], de provenances industrielles, presentaient

tous les deux pics ^de thermoluminescence P, ^et P2.

Ces cristaux contiennent des qiiantit6s ^{mal connues}

d’impuretés bivalentes positives (creusets ^{de c6ra-}

mique).

149

Aussi avons-nous ensuite 6tudi6 des cristaux

fabriqu6s ^au laboratoire (creusets ^de platine) [4], qui contiennent moins de 1/10 ^PPM d’impuret6s

bivalentes positives. Ces cristaux présentent 6ga-

lement les deux pics P1 ^et P2. Apr6s ^avoir dope ^des

cristaux de fluorure de lithium avec des ions Mn+ + et Mg+ +, nous avons pu observer les deux pics P,

et P 2 qui, dans certains _cas, pouvaient ^etre pJus importants que pour les cristaux non dopes [5].

L’existence des deux pics de thermoluminescence

P1 ^{et P2 ne} semble donc pas d6pendre ^{de la} _presence d’impuretés bivalentes positives, toutefois les quan- tit6s de lumiere 6mise, ainsi que leur evolution,

sont sensibles a la presence ^{de ces} impuret6s.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^TOURNON (J.) ^{et BERGE} (P.), Physica ^{Status Solidi.}

[2] ^MARKHAM (J. J.), Bristol Conference 1954, p. 304.

[3] Quartz ^et Silice, Harshaw Chem. Cie., ^Koerber.

[4] BENVENISTE (M.), ^{Thèse 1963.}

[5] ^TOURNON (J.), Communication à paraître.

MISE AU POINT

L’ÉMISSION EXOÉLECTRONIQUE DES CORPS SOLIDES

Par ANTONIN BOHUN,

Institut de Physique des Solides de l’Académie des Sciences de Tchécoslovaquie

Résumé. - Sous le nom

exoémission électronique » des corps solides métalliques ^{ou non métal-} métalliques ^on comprend plusieurs phénomènes qui diffèrent par mode d’excitation ^et de stimu- lation selon le tableau 1. Quelques ^{uns de ces effets sont bien connus sous d’autres noms,} p. e.

l’émission thermoélectronique, photoémission, l’émission par ^{effet de} champ électrique ^etc. Dans

la seconde partie ^on décrit les appareillages utilisés dans les études d’exoémission. La troisième

partie traite tout d’abord de la co- et la post-émission des métaux soumis à l’influence des différents agents extérieurs (pression, chaleur, champ électrique, irradiation et corrosion _par des gaz). ^Puis

on traite des phénomènes qui ^se produisent pendant ^et après excitation et stimulation des non

métaux par les agents ^{cités. La} description du mécanisme élémentaire d’émission est esquissée

pour chaque phénomène. La conclusion contient quelques remarques ^sur l’importance ^{de la}

connaissance de l’exoémission pour la science ^et la technique.

Abstract. 2014

Electronic exoemission

of solids describes some emission phenomena with diffe- rent ways of excitation and stimulation according ^{to table 1.} Some of these effects are well known under other names. The experimental apparatus ^{used for} stuying exoemission is described.

Co-and post-emission of metals submitted to external factors (pressure, heat, ^electric field, ^irradia-

tion and _gas attack) ^are treated. Then the phenomena ^which happen during ^and after excitation and stimulation of non-metals are reviewed. The description ^{of the} elementary mechanism of emis- sion in each case is briefly described. In conclusion, ^the importance ^{of a} knowledge of exoemission for science and technology ^is emphasized.

1,E JOURNAL

PHYSIQUE TOME 26, ^MARS 1965,

1. Introduction.

En 6tudiant les travaux origi-

naux sur 1’emission exoélectronique des 15 dernieres ann6es et en les comparant ^{avec les travaux} qui

traitent des autres ph6nom6nes d’émission vieux de 50 a 100 _ans, on peut conclure que 1’expression

^emis-

sion exoelectronique » comprend ^des ph6nom6nes

d’emission electronique ^{varies. Les} ph6nom6nes parti-

culiers different par ^le mode d’excitation ou de stimu- lation. La situation ressemble ici a celle de la lumi-

nescence [1]. ^{Le nom} d’cc emission exoélectronique

^a

ete donné _par J. Kramer dans les annees cinquante ^de

notre siecle. 11 ^a voulu designer par ^{ce nom une} 6mis- sion d’électrons provoqu6e par des reactions exother-

miques ^{a la surface} d’un metal. Mais les ^travaux ult6- rieurs de Kramer, ^d’autres auteurs et de moi-meme ont d6montr6 que ^cette condition n’est pas remplie

dans un grand ^{nombre de} ph6nom6nes ^{observes. En} d6pit de cela les différents chercheurs qui travaillent dans ^ce domaine se sont mis d’accord, ^en 1956, ^à

Innsbrfck _pour conserver le nom d’ « exoélectrons

à

des electrons qui ^sont 6mis dans les circonstances pr6-

sentées dans le tableau 1, ^La construction de ce tableau