Hochauflösende optische Spektroskopie von Fullerit und neutronenbestrahltem Saphir und Diamant

Dissertation von Reinhard Bauer unter Anleitung von

Prof. Dr. M. Maier

26. Juli 1996

Die Untersuchungen hatten das Ziel, Lochbrennsysteme mit besonderer Berücksichtigung ihrer technischen Anwendbarkeit zu entwickeln. Besonderer Wert wurde dabei auf folgende Eigenschaften gelegt: Der optische Übergang des Systems sollte im nahen infraroten Spektralbereich liegen (Diodenlaser). Lochbrennen sollte bei möglichst hohen Temperaturen durchführbar sein, mindestens aber sollten die spektralen Löcher bei Zimmertemperatur stabil sein. Für optische Datenspeicherung in der Wellenlängendimension sollte eine große inhomogene Verbreiterung des optischen Übergangs vorliegen (hohe Speicherdichte). Schließlich sollte der Einfluß externer elektrischer Felder auf die stabilen spektralen Löcher möglichst groß sein, damit auch die Dimension der elektrischen Feldstärke für Anwendungen, wie z. B. die Datenspeicherung in der E-Feld-Dimension, effektiv genutzt werden kann.

An neutronenbestrahltem Saphir wurde spektrales Lochbrennen an einem Farbzentrum mit einer Nullphononlinie bei 756 nm durchgeführt. Es konnte durch Erhöhen der Bestrahlungsdosis sowohl die Stärke des E-Feldeffekts als auch die inhomogene Linienbreite um mehr als eine Größenordnung gesteigert werden. Im hochbestrahlen Kristall ließ sich abschätzen, daß etwa 10000 Löcher gebrannt werden können.

An neutronenbestrahltem und getempertem Diamant wurden zwei bisher unbekannte Nullphononlinien bei 774 nm und 813 nm untersucht. Die E-Feld-induzierte spektrale Verschiebung nahm Werte bis zu 6,5 GHz/(kV/cm) an, abhängig von der Richtung des externen E-Feldes. Dies ist der größte E-Feld-Effekt, aller in der Literatur bekannter Lochbrennsysteme. Für beide zugehörigen Defektaggregate konnte geschlossen werden, daß sie entlang der krisallographischen [110]-Richtung orientiert sind. Stabiles spektrales Lochbrennen konnte an beiden NPLn zwischen 1,5 K und 300 K gezeigt werden. Diamant mit diesen beiden Farbzentrentypen ist damit - mit Ausnahme einiger Sm2+-dotierter Gläser und Mischkristalle - das einzige bisher bekannte Lochbrennmaterial, für das Lochbrennen bei Zimmertemperatur nachgewiesen wurde.

Mit matrixisolierten C60-Molekülen und Fullerit-Schichten wurde eine weitere Gruppe von Materialien im nahen infraroten Spektralbereich näher untersucht. Es konnte zwar in keinem dieser Materialien Lochbrennen gefunden werden, aus den Spektren insbesondere der C60-Schichten, konnten jedoch eine vielzahl physikalischer Eigenschaften dieser Materialien ermittelt werden konnten. Die Grundlage dafür war das Auftreten von Lumineszenzlinieneinengung bei Laseranregung zwischen 700 nm und 745 nm. Neben schwingungsverschobenen NPLn wurden Phononseitenbanden beobachtet, die mit den Frequenzen von Librationsmoden strukturiert sind. Die große inhomogene Verbreiterung des rein elektronischen Übergangs von 130 cm-1 wurde auf den glasartigen Tieftemperaturzustand von C60 zurückgeführt (Orientierungsglas).