Gu´ıa ECI15-02: Centros de Color en Haluros Alcalinos

Guı́a ECI15-02: Centros de Color en Haluros Alcalinos,
Transiciones electrónicas en Centros F – Modelo de Caja
Tridimensional
I. Bruvera, F. Monticelli, F. Requejo
September 9, 2015
1
OBJETIVOS
1. Familiarizarse con técnicas de generación de defectos en cristales. Generar centros F irradiando haluros alcalinos con rayos X.
2. Familiarizarse con los planos de clivaje de cristales.
3. Determinar todas las energı́as de absorción en los haluros alcalinos irradiados. A partir de
tabla espectroscópicas, determinar los haluros alcalinos medidos mediante la identificación de
cada tipo de defecto presente en los espectros.
4. Proponer distintos potenciales para el defecto tipo Centro F y comparar las predicciones de
los modelos con los resultados experimentales.
5. Eliminar los centros F de las muestras.
2
MATERIALES Y MÉTODOS
• Utilizar diferentes haluros alcalinos crecidos artificialmente y NaCl natural (de Antofagasta).
• Irradiar los cristales con rayos X en un equipo de florescencia (Centro Tecnológico de YPF).
• Medir el espectro de absorción de los cristales, entre 200 y 900 nm
• Determinar las energı́as de los picos absorbancia. Identificar cada pico con su correspondiente
tipo de defecto.
• ¿Por qué los espectros de absorción muestran bandas más o menos anchas y no lı́neas angostas
correspondientes a niveles bien definidos?
• Los centros F son electrones atrapados en vacancias de aniones. Los potenciales más simples
para simular esta situación son el de una caja cúbica (paredes infinitas) de lado igual a la
constante de red del cristal o el Coulombiano apantallado. Los resultados experimentales se
pueden comparar con las predicciones de estos modelos. En ese sentido, es fácil mostrar que
los resultados se apartan mucho de las predicciones del potencial Coulombiano.
• Estudie potenciales más elaborados, caja cúbica finita y potenciales esféricos finitos e infinitos.
En caso de elegir potenciales de altura finita ¿Cómo elige la altura? Sugerencias: considere y
encuentre el valor de la brecha de energı́a para estos cristales o la energı́a de Madelung.
• Los centros F, y por lo tanto el color, desaparecen al calentar los cristales. La explicación
es que se produce una recombinación con centros de huecos electrónicos que se formaron
simultáneamente en el momento de la irradiación.
1
3
Bibliografı́a
• Teorı́a del Centro F.
• J.F. Reichert, “F-centers: advanced laboratory experiments as a research project”, Am. J.
Phys. 51, 431(1983).
• H.F. Ivey, “Spectral Location of the Absorption Due to Color Centers in Alkali Halide Crystals,” Phys. Rev. 72, 341(1947).
• A.K. Ghatak, et al, “Energy levels of a finite-step three -dimensional potential box: A perturbation appoach,” Am. J. Phys 53, 567 (1985).
• J. L. Marı́n et al, “An alternative semicontinuum model for the F center in alkali halides,” J.
Chem. Phys. 76, 3107(1982).
• G.P. Hughes, “Color centers: An example of a particle trapped in a finite-potential well,”
Am. J. Phys. 45, 948(1977).
• P. Avakian and A. Smakula, “Color Centers in Cesium Halide Single Crystals,” Phys. Rev.
120, 2007(1960).
• A.J. Dekker, “Solid state physics”, Prentice-Hall, 1958. Cap. 15.
2