Thermoluminescence of Calcium Tungstate Containing Oxygen Vacancies

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We report first principles quantum-chemical calculations of the electronic structure of pure CaWO4 and CaWO4 containing oxygen vacancies. The calculation results are compared to values extracted from experimental thermoluminescence data. The influence of oxygen vacancies and structural disorder shows up as the presence of additional levels in the band gap of the material.

About the authors

E. V. Sokolenko

North-Caucasus Federal University

Email: sokolenko-ev-svis@rambler.ru
355017, Stavropol, Russia

E. S. Buyanova

Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: a020294@mail.ru
Yekaterinburg, 620002 Russia

Z. A. Mikhailovskaya

Eltsin Ural Federal University, Institute of Natural Sciences and Mathematics; Zavaritskii Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kaimi-olga@mail.ru
620000, Yekaterinburg, Russia; 620110, Yekaterinburg, Russia

G. V. Slyusarev

North-Caucasus Federal University

Author for correspondence.
Email: sokolenko-ev-svis@rambler.ru
355017, Stavropol, Russia

References

  1. Spassky D., Mikhailin V., Nazarov M., Ahmad-Fauzi M.N., Zhbanov A. Luminescence and Energy Transfer Mechanisms in CaWO4 Single Crystals // J. Lumin. 2012. V. 132. P. 2753–2762. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2012.05.028
  2. Ninkovic J., Angloher G., Bucci C., Cozzini C., Frank T., Hauff D., Kraus H., Majorovits B., Mikhailik V., Petricca F., Pröbst F., Ramachers Y., Rau W., Seidel W., Uchaikin S. CaWO4 Crystals as Scintillators for Cryogenic Dark Matter Search // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 2005. V. 537. P. 339–343. https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.08.039
  3. Michail C., Valais I., Fountos G., Bakas A., Fountzoula C., Kalyvas N., Karabotsos A., Sianoudis I., Kandarakis I. Luminescence Efficiency of Calcium Tungstate (CaWO4) under X-ray Radiation: Comparison with Gd2O2S:Tb // Meas. 2018. V. 120. P. 213–220. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.027
  4. Mikhailik V.B., Kraus H., Miller G., Mykhaylyk M.S., Wahl D. Luminescence of CaWO4, CaMoO4, and Z-nWO4 Scintillating Crystals under Different Excitations // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 083523-1–083535-8. https://doi.org/10.1063/1.1872198
  5. Mork V., Namozov B., Yaroshev1ch N. Complex Oxides: Electron Excitations and their Relaxation // Radiat. Meas. 1995. V. 24. № 4. P. 371–374.
  6. Li Y., Sun L., Wang Z., Wang S., Liu X., Wang Y. Investigation of Oxygen Vacancy and Photoluminescence in Calcium Tungstate Nanophosphors with Different Particle Sizes // Mater. Res. Bull. 2014. V. 50. P. 36–41. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.10.022
  7. Du P., Wu S., Yu J.S. Synthesis, Electronic Structure and Luminescence Properties of Color-Controllable Dy3+/Eu3+-Codoped CaWO4 Phosphors // J. Lumin. 2016. V. 173. P. 192–198. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.12.014
  8. Evarestov R.A., Kalinko A., Kuzmin A., Losev M., Purans J. First-Principles LCAO Calculations on 5d Transition Metal Oxides: Electronic and Phonon Properties // Integr. Ferroelectr. 2009. V. 108. P. 1–10. https://doi.org/10.1080/10584580903323990
  9. Shao Z., Zhang Q., Liu T., Chen J. First-Principles Study on the Electronic Structure of CaWO4 Crystals Containing the F-Type Centers // Solid State Commun. 2008. V. 146. P. 258–260. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.02.014
  10. Shao Z., Zhang Q., Liu T., Chen J. Computer Study of Intrinsic Defects in CaWO4 // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2008. V. 266. P. 797–801. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.01.018
  11. Shao Z., Zhang Q., Liu T. First-principles Study on Electronic Structure and Absorption Spectra for the CaWO4 Crystal with Oxygen Vacancy // Comput. Mater. Sci. 2008. V. 43. P. 1018–1021. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.02.013
  12. Afanasiev P. Non-Aqueous Metathesis as a General Approach to Prepare Nanodispersed Materials: Case Study of Scheelites // J. Solid State Chem. 2015. V. 229. P. 112–123. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.05.006
  13. Carvalho I.P., Lima A.F., Lalic M.V. Theoretical Study of Electronic and Optical Properties of the Scheelite MWO4 (M = Ca, Sr or Ba) Compounds by Applying the Modified Becke-Johnson Exchange-correlation Potential // Opt. Mater. 2019. V. 92. P. 187–194. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.04.026
  14. Orhan E., Anicete-Santos M., Maurera M.A.M.A., Pontes F.M., Souza A.G., Andrės J., Beltrán A., Varela J.A., Pizani P.S., Taft C.A., Longo E. Towards an Insight on the Photoluminescence of Disordered CaWO4 from a Joint Experimental and Theoretical Analysis // J. Solid State Chem. 2005. V. 178. P. 1284–1291. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2004.12.038
  15. Treadway M.J., Powell R.C. Luminescence of Calcium Tungstate Crystals // J. Chem. Phys. 1974. V. 61. P. 4003–4011. https://doi.org/10.1063/1.1681693
  16. Murk V., Nikl M., Mihokova E., Nitsch K. A Study of Electron Excitations in CaWO4 and PbWO4 Single Crystals // J. Phys. Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 249–256. https://doi.org/10.1088/0953-8984/9/1/026
  17. Mikhailik V.B., Kraus H., Wahl D., Itoh M., Koike M., Bailiff I.K. One- and Two-Photon Excited Luminescence and Band-Gap Assignment in CaWO4 // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 205110.
  18. Gouveia A.F., Assis M., Ribeiro L.K., Lima A.E.B., de Oliveira Gomes E., Souza D., Galvao Y.G., Rosa I.L.V., da Luz Jr. G.E., Guillamon E., Longo E., Andres J., San-Miguel M.A. Photoluminescence Emissions of Ca1–xW-O4:xEu3+: Bridging between Experiment and DFT Calculations // J. Rare Earths. 2022. V. 40. P. 1527–1534. https://doi.org/10.1016/j.jre.2021.08.023
  19. Giannozzi P. et al. QUANTUM ESPRESSO: a Modular and Opensource Software Project for Quantum Simulations of Materials // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. P. 395502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
  20. Fletcher R. Practical Methods of Optimization. N. Y.: Wiley, 1987.
  21. Синельников Б.М., Соколенко Е.В., Звеков В.Ю. Природа центров “зеленой” люминесценции в шеелите // Неорган. материалы. 1996. Т. 32. № 9. С. 1139–1141.
  22. Соколенко Е.В., Жуковский В.М., Буянова Е.С., Краснобаев Я.А. Люминесцентные свойства разупорядоченных кислородом вольфраматов со структурой шеелита: II. Термолюминесценция // Неорган. материалы. 1998. Т. 34. № 5. С. 616–618.
  23. Blistanov A.A., Zakutaǐlov K.V., Ivanov M.A., Kvyat E.V., Klassen A.V., Kochurikhin V.V., Yakimova I.O. Defects in Calcium Tungstate Crystals // Cryst. Rep. 2006. V. 51. № 4. P. 661–663. https://doi.org/10.1134/S1063774506040201
  24. Murk V., Nikl M., Mihokova E., Nitsch K. A Study of Electron Excitations in CaWO4 and PbWO4 Single Crystals // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 249–256.
  25. Christofilos D., Ves S., Kourouklis G. Pressure Induced Phase Transitions in Alkaline Earth Tungstates A // Phys. Status Solidi B. 1996. V. 198. P. 539–544.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (213KB)
3.

Download (189KB)
4.

Download (274KB)
5.

Download (359KB)
6.

Download (111KB)

Copyright (c) 2023 Е.В. Соколенко, Е.С. Буянова, З.А. Михайловская, Г.В. Слюсарев

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».