Search academic texts

Information × Registration Number 0825U003053, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 23-07-2025 popup.evolution o Title Electronic band structure and radiation- and photostimulated processes scintillation materials based оn perovskites. Author Volodymyr A. Kolomiiets, popup.head Volodymyr B. Kapustianyk popup.opponent Andrii I. Kashuba popup.opponent Yaroslav Y. Shchur popup.review Andriy S. Pushak popup.review Andriy P. Luchechko Description У дисертаційній роботі представлено комплексне дослідження електронної енергетичної структури та пов’язаних з нею радіаційно- і фотостимульованих процесів у широкому класі сцинтиляційних матеріалів на основі перовскітів. Робота охоплює вивчення неорганічних кристалів Cs₂МCl₆ (M = Hf, Zr), CsPbХ₃ (X = Cl, Br, I) та органічно-неорганічних перовскітів із загальною формулою MAPbХ₃ (X = Cl, Br, I). Дослідження кристалічної структури неорганічних перовскітів Cs₂HfCl₆ і Cs₂ZrCl₆ показало, що обидва перовскіти мають кубічну симетрію (Fm3m), яка зберігається у широкому діапазоні температур (9–300 K) без структурних фазових переходів. Встановлено, що світловий вихід Cs₂HfCl₆ становить 24800 фотонів/МеВ, а для Cs₂ZrCl₆ – 33900 фотонів/МеВ. Вперше виявлено ефект негативного термічного гасіння сцинтиляційного випромінювання в згаданих вище кристалах, який проявляється у помітному зростанні інтенсивності сцинтиляційних імпульсів у діапазоні температур 125–150 K. Вимірювання кривих загасання сцинтиляції виявили складну неекспоненціальну кінетику, зумовлену уповільненими процесами рекомбінації. Методами комп’ютерного моделювання проведено комплексне дослідження кристалічної структури, електронної будови та оптичних властивостей перовскітів CsPbBr₃ і CH₃NH₃PbBr₃ виконаних у рамках теорії функціонала густини (DFT). Встановлено, що ці матеріали мають три температурно залежні фази: кубічну, тетрагональну та орторомбічну. Продемонстровано ефективність використання методу GGA-PBEsol+U для опису електронного спектра та узгодження з даними експерименту, зокрема аналіз спектру Х-променевої люмінесценції показав добре узгодження енергії екситонного піка, що спостерігався нижче 70 К. Аналіз повних і парціальних густин електронних станів засвідчив, що усім трьом кристалічним фазам досліджуваних перовскітів притаманний подібний розподіл енергії власних станів. Дослідження оптичних властивостей перовскітів підтвердило високий потенціал CsPbBr₃ і CH₃NH₃PbBr₃ для застосування у оптоелектронних пристроях, сонячних елементах та світлодіодах у широкому температурному діапазоні. На основі отриманих результатів визначено можливість застосування цих матеріалів як чутливих елементів в ефективних детекторах випромінювання. За допомогою розрахунків з перших принципів було досліджено електронну енергетичну структуру MAPbCl₃ та інтерпретовано основні особливості його спектрів відбивання у широкому енергетичному діапазоні від 3 до 10 еВ. Виявлено чіткі піки, які відповідають екситонним переходам при 3,22 еВ та 3,94 еВ поблизу краю поглинання та додаткові оптичні переходи при вищих енергіях, що вказує на складну електронну структуру матеріалу. Також досліджено температурну залежність динаміки радіаційного розпаду екситонів при збудженні високоенергетичним випромінюванням. Враховуючи складний характер отриманих спектрів за низьких температур, для їхньої точної інтерпретації додатково виміряно спектри фотолюмінесценції. Кристали MAPbCl3 за кріогенних температур проявляють надзвичайно швидке неекспоненційне загасання (<1 нс). Дослідження температурної залежності люмінесценції та кінетики її загасання при збудженні Х-випромінюванням показало, що за низьких температур CsPbCl₃ демонструє інтенсивну вузьку смугу емісії при 420 нм з дуже швидким загасанням. Часи загасання при температурі 10 К становлять відповідно 0,1 нс, 1 нс та 11 нс, а світловий вихід сцинтиляцій для CsPbCl₃ становить 19000±2000 фотонів/МеВ. Сцинтиляційна ефективність CsPbCl3 залишається приблизно сталою для температур, нижчих за 50 К, а далі знижується при нагріванні. Завдяки низькій амплітуді повільного компонента, CsPbCl₃ демонструє надзвичайно швидку реакцію на збудження, що робить цей матеріал перспективним для використання у швидкодіючих сцинтиляційних детекторах кріогенних температур. Продемонстровано, що внаслідок опромінення зразка інтенсивним ультрафіолетовим світлом монокристал CH₃NH₃PbI₃ переходить з вихідного антисегнетоелектричного стану у сегнетоелектричний, причому величина фотовідгуку суттєво залежить від тривалості попереднього опромінювання зразка УФ світлом, а вплив зміни інтенсивності такого випромінювання незначний. Завдяки цьому у ньому можна реалізувати об’ємний фотовольтаїчний ефект, характерний для сегнетоелектриків. Отримані у роботі залежності фотонапруги від стану поляризації зразка свідчать про його значний внесок у сумарний фотовідгук. Теоретично максимальне значення коефіцієнта перетворення енергії в такому випадку виявилось одним із найвищих серед монокристалів цього класу фероїків. В роботі також запропоновані можливі шляхи підвищення ефективності перетворення енергії у потенційних сонячних елементах, створених на основі таких матеріалів. Registration Date 2025-07-21 popup.nrat_date 2025-07-21 Close