Kernresonanzabsorption und Lumineszenzeigenschaften von Fe⁵⁷ in ZnS-Phosphoren

Zusammenfassung

Es wird das Kernresonanzabsorptionsspektrum der 14,4 keV-γ-Linie von Fe⁵⁷, welches in verschiedene ZnS-Phosphore eingelagert wurde, untersucht. Dabei findet man, daß Eisen als dreiwertiges Ion auf zwei verschiedenen Gitterplätzen eingebaut wird. Bei Temperaturen um 600°C überwiegt der Einbau auf einem regulären Gitterplatz; nach einer Glühung um 900°C jedoch findet sich das Eisen vorwiegend auf einem Gitterplatz, an dem ein elektrischer Feldgradient wirkt, wie aus der dabei auftretenden Quadrupolaufspaltung zu sehen ist. Diesen beiden Einbauzuständen können zwei bekannte Lumineszenzeigenschaften zugeordnet werden: Die rote Lumineszenz (nach Glühen um 600°C) und die lumineszenzlöschende Wirkung (nach Glühen um 900°C) des Eisens.

Zur Erklärung der löschenden Wirkung wird dieses Modell vorgeschlagen: Ein Fe³⁺-Ion befindet sich auf einem Zn²⁺-Platz in der nächsten Umgebung eines Leuchtzentrums. Auf Grund des Einflusses der Gitterpolarisation in der Umgebung einer Störung kann sich diese Konfiguration erst bei erhöhter Temperatur ausbilden, was den Befunden entspricht. Dieses Modell wird weiter unterstützt durch die Größenordnung des elektrischen Feldgradienten und durch Lumineszenzmessungen, welche zeigen, daß die Bandbreite von der Menge des bei 900°C eingebauten Eisens abhängt. Der strahlungslose Übergang in diesem Zentrum kann an Hand des doppelten Franck-Condon-Prozesses stattfinden, da ein im Leuchtzentrum während der Anregung gebundenes Defektelektron zur sofortigen Rekombination mit einem vom Fe³⁺ eingefangenen Leitungselektron zur Verfügung steht.