Ukrainian Journal of Physical Optics


2023 Volume 24, Issue 3


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

Structure and transformations of tunnel-luminescence centres in emulsion microcrystals AgBr(I)

1Tyurin A. V., 1Zhukov S. A., *1Bekshaev A. Y. and 2Ternovsky V. B.

1Physics Research Institute, Odesa I. I. Mechnikov National University, Dvorianska 2, 65082 Odesa, Ukraine
2National University "Odesa Maritime Academy", Didrikhsona 8, 65023 Odesa, Ukraine
* Corresponding author: zhukov@onu.edu.ua

ABSTRACT

It is known that the tunnel luminescence in emulsion microcrystals (EMCs) of AgBr(I) at the temperatures T ≥ 77 K is determined by donor–acceptor complexes with a specific structure. Such a complex includes a paired iodine centre, which combines two neighbouring sites of anionic sublattice, and an interstitial silver ion Ag+ located nearby. If the AgBr(I) EMCs are distributed in a binder of which molecules do not interact with Ag+ ions, the centres are characterized by a luminescence band with the characteristic wavelength λmax≈560 nm. Modifications of the content of silver ions in the emulsion produce an additional luminescence band with λmax≈720nm. If the AgBr(I) EMCs are distributed in gelatine, its molecules interact with clusters of silver ions and form specific complexes with the characteristic luminescence bands located at λmax≈580nm and λmax≈750nm. In both cases, two sorts of luminescence-glow kinetics can be observed, depending on the temperature and the Ag+ concentration: a monotonic intensity increase from zero to a maximum stationary level or a rapid ‘flash enhancement’ followed by a gradual decrease to a lower value. Remarkably, the additional luminescence ‘flash’ stimulated by infrared radiation is detected whenever the monotonic growth is observed. On the contrary, no infrared-stimulated glow occurs in the luminescence band when the ‘flash enhancement’ is detected in this band. All of these results are interpreted in terms of structural transformations taking place with the tunnel-recombination centres in the AgBr(I) EMCs.

Keywords: AgBr(I) microcrystals, low-temperature luminescence, emulsion binders, tunnel-recombination centres, infrared radiation, luminescence kinetics

UDC: 535.37

    1. Tyurin A V and Zhukov S A, 2018. The structure of radiative tunnel recombination sites in emulsion microcrystals of AgBr(I). Opt. Spectrosc. 124: 174–179.doi:10.1134/s0030400x18020182
    2. Burberry M S and Marchetti А P, 1985. Low-temperature donor-acceptor recombination in silver halides. Phys. Rev. В. 32: 1192–1195. doi:10.1103/physrevb.32.1192
    3. Kanzaki H and Sakuragi S, 1969. Optical absorption and luminescence of excitons in silver halide isoelectronic impurities. Part I. AgBr:I. J. Phys. Soc. Japan. 27: 109–125. doi:10.1143/jpsj.27.109
    4. Lushchik Ch B and Lushchik A Ch. Decay of Electronic Excitations with Defect Formation in Solids. Moscow: Nauka, 1989.
    5. Finch C A. Polyvinyl Alcohol: Developments (2nd Edition). Wiley, 1992.
    6. Belous V M, Orlovskaya N A, Akhmerov A Yu and Zenkevich I G, 1999. Photodecomposition and luminescence of silver halides. In: IS&T’s PICS Conference: The 52nd Annual Conference: Final Program and Proceedings: Savannah, Georgia, April 25–28, pp. 433–437.
    7. Tyurin A V, Zhukov S A and Akhmerov A Y, 2020. Influence of binder and dyes on the mechanism of tunnel luminescence of AgBr(I) microcrystals. Opt. Spectrosc. 128: 1110–1117. doi:10.1134/s0030400x2008038x
    8. Tyurin A, Zhukov S and Bekshaev A, 2020. Interaction between the molecular and aggregated states of the photosensitive organic dyes adsorbed on the surface of AgHal microcrystals. Proc. SPIE. 11475: 114751B. doi:10.1117/12.2580279
    9. Tyurin A, Bekshaev A and Zhukov S, 2020. Electron-hole processes determining the self-desensitization of dyes on the surface of AgHal microcrystals. Proc. SPIE. 11369: 113690L. doi:10.1117/12.2556080
    10. Tyurin A V, Zhukov S A, Akhmerov A Y and Churashov V P, 2019. Spectral sensitization with dyes of heterophase microsystems “Nucleus – Silver Halide Shell”. In: 2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL), pp. 143–146. doi:10.1109/CAOL46282.2019.9019425 doi:10.1109/caol46282.2019.9019425
    11. James T H. The Theory of the Photographic Process. New York: Macmillan, 1977.
    12. Dorokhova E N and Prokhorova G V. Problems and Questions on Analytical Chemistry. Moscow: Mir, 2001.
    13. Zhukov S A. Photoinduced physicochemical processes and their sensitization in “core – silver-halide shell” microsystems. Dr. Sc. Thesis. Odesa: Odesa National University, 2018.
    14. Michrina B P and Cooper W, 1974. Studies of the delayed luminescence of silver halides. I. Luminescence-time measurements of silver iodobromide emulsions. Photon. Sci. Eng. 18: 512–517.
    15. Latyshev A N, Bokarev V V, Voloshina T V, Kushnir M A, Raskhozhev V N and Antakanova L B, 1982. Luminescence fatigue of silver chloride crystals. J. Appl. Spectrosc. 37: 1137–1141. doi:10.1007/bf00664507
    16. Belous V M, Akhmerov A Y, Zhukov S A and Orlovskaya N A, 2001. Influence of the products of photochemical destruction of silver halides on the kinetics of their luminescence: mechanism of the “luminescence fatigue”. J. Sci. Appl. Photogr. Cine. 46: 19–25.
    17. Muller P, 1965. Ionenleitfähigkeit von reinen und dotierten AgBr und AgCl Einkristallen. Phys. Stat. Sol. 12: 775–794. doi:10.1002/pssb.19650120223
    18. Belous V M, 1997. Review of luminescence studies of latent image formation in silver halide emulsions. J. Imag. Sci. Technol. 41: 85–98.
    19. Marchetti A P and Burberry M S, 1983. Optical and optically detect magnetic resonance studies of AgBr: I–. Phys. Rev. B. 28: 2130–2134. doi:10.1103/physrevb.28.2130
    20. Meijerink A, van Heek M M E and Blasse G, 1993. Luminescence of Ag+ in crystalline and glassy SrB4O7. J. Phys. Chem. Sol. 54: 901–906. doi:10.1016/0022-3697(93)90216-e
    21. Zhao J, Yang Z, Yu C, Qiu J and Song Z, 2018. Preparation of ultra-small molecule-like Ag nano-clusters in silicate glass based on ion-exchange process: energy transfer investigation from molecule-like Ag nano-clusters to Eu3+ ions. Chem. Eng. J. 341: 175–186. doi:10.1016/j.cej.2018.02.028
    22. Wiegand D A, 1959. Low-temperature luminescence and photoconductivity of AgCl. Phys. Rev. 113: 52–62. doi:10.1103/physrev.113.52
    23. Jiang K, Wang Y, Li Z and Lin H, 2020. Afterglow of carbon dots: mechanism, strategy and applications. Mater. Chem. Front. 4: 386–399. doi:10.1039/c9qm00578a

    Відомо, що тунельна люмінесценція в емульсійних мікрокристалах (ЕМК) AgBr(I) за температур T ≥ 77 K визначається донорно-акцепторними комплексами зі специфічною структурою. Такий комплекс містить парний йодний центр, який об’єднує два сусідні вузли аніонної підґратки, і розташований поруч міжвузловий йон срібла Ag+. Якщо ЕМК AgBr(I) розподілені у зв’язуючій речовині, молекули якої не взаємодіють із йонами Ag+, то такі центри характеризуються смугою люмінесценції з характерною довжиною хвилі λmax≈560 нм. Зміни вмісту йонів срібла в емульсії створюють додаткову смугу люмінесценції з λmax≈720 нм. Якщо ЕМК AgBr(I) розподілені в желатині, то його молекули взаємодіють із кластерами йонів срібла та утворюють специфічні комплекси з характерними смугами люмінесценції, розташованими при λmax≈580 нм і λmax≈750 нм. В обох випадках можна спостерігати два типи кінетики люмінесцентного свічення, залежно від температури та концентрації Ag+. Це монотонне зростання інтенсивності від нуля до максимального стаціонарного рівня або швидке «посилення спалаху» з наступним поступовим спаданням до деякого нижчого значення. Примітно, що додатковий «спалах» люмінесценції, стимульований інфрачервоним випромінюванням, виявляємо щоразу, коли спостерігаємо монотонне зростання. Навпаки, в смузі люмінесценції не виникає жодного інфрачервоного свічення, якщо в цій смузі реєструємо «посилення спалаху». Усі ці результати проінтерпретовано в термінах структурних перетворень, що відбуваються з центрами тунельної рекомбінації в ЕМК AgBr(I).

    Ключові слова: мікрокристали AgBr(I), низькотемпературна люмінесценція, емульсійна зв’язуюча речовина, центри тунельної рекомбінації, інфрачервоне випромінювання, кінетика люмінесценції

Free download this article 

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©