Caracterização e engenharia de defeitos em Zn82Se enriquecido usado como componente primordial do detector bolômetro - cintilador (DBC)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bruno Cordeiro Silva
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/43585
Resumo: O semicondutor seleneto de zinco (ZnSe) enriquecido com o isótopo 82Se é um dos materiais mais promissores para a construção de um detector bolômetro-cintilador (DBC) para o estudo do decaimento beta-duplo sem neutrino (0νββ). Este é um evento considerado ultrararo (≈ T1/2 = 10^25 anos), previsto em extensões do Modelo Padrão. Devido a raridade do evento e dos altos custos envolvidos no desenvolvimento deste detector é essencial a otimização das propriedades físicas do material através da manipulação de defeitos pontuais, o qual chamamos de engenharia de defeitos. Neste trabalho, o ZnSe enriquecido com aproximadamente 95% do isótopo 82Se, Zn82Se, foi caracterizado principalmente por ressonância paramagnética eletrônica (RPE), foto - RPE e fotoluminescência (FL). Mostramos que o Zn82Se padrão crescido pela técnica Bridgman - Stockbarger apresenta duas bandas de fotoluminescência centradas em 540 e 630 nm, associadas a Cu2+ e centros - A, respectivamente. O centro - A foi identificado através de foto - RPE como par vacância de zinco (aceitador profundo) e Al em sítio de Zn (doador raso). O material Zn82Se padrão mostra boas propriedades de cintilação com quenching factor (QF ≈ 4), que permite distinguir partículas (α, β, γ) no DBC. Ambas as propriedades são perdidas com tratamento térmico de Zn82Se pós - crescimento. Procuramos melhorar as propriedades luminescentes através do aumento da concentração dos centros – A utilizando a irradiação por nêutrons rápidos e tratamentos térmicos para induzir vacâncias de zinco isoladas (VZn) e associá-los com doadores rasos formando pares doador - aceitador com eficiente recombinação radiativa. Nosso estudo mostra que a irradiação com nêutrons induz além de vacâncias de zinco, um novo centro doador chamado de NC1 que atribuímos a um di-intersticial de zinco, ambos aniquilados por tratamento térmico em cerca de 100°C.
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Neste trabalho, o ZnSe enriquecido com aproximadamente 95% do isótopo 82Se, Zn82Se, foi caracterizado principalmente por ressonância paramagnética eletrônica (RPE), foto - RPE e fotoluminescência (FL). Mostramos que o Zn82Se padrão crescido pela técnica Bridgman - Stockbarger apresenta duas bandas de fotoluminescência centradas em 540 e 630 nm, associadas a Cu2+ e centros - A, respectivamente. O centro - A foi identificado através de foto - RPE como par vacância de zinco (aceitador profundo) e Al em sítio de Zn (doador raso). O material Zn82Se padrão mostra boas propriedades de cintilação com quenching factor (QF ≈ 4), que permite distinguir partículas (α, β, γ) no DBC. Ambas as propriedades são perdidas com tratamento térmico de Zn82Se pós - crescimento. Procuramos melhorar as propriedades luminescentes através do aumento da concentração dos centros – A utilizando a irradiação por nêutrons rápidos e tratamentos térmicos para induzir vacâncias de zinco isoladas (VZn) e associá-los com doadores rasos formando pares doador - aceitador com eficiente recombinação radiativa. Nosso estudo mostra que a irradiação com nêutrons induz além de vacâncias de zinco, um novo centro doador chamado de NC1 que atribuímos a um di-intersticial de zinco, ambos aniquilados por tratamento térmico em cerca de 100°C.The semiconductor zinc selenide (ZnSe) enriched with the 82Se isotope is one of the most promising materials for the construction of a scintillating bolometer detector (DBC) detector for the study of the neutrinoless double beta decay (0νββ). This event is considered to be ultra-rare (≈ T1/2 = 10^25 years) and predicted in extensions of the Standard Model. Due to the rarity of the event and the high costs involved in the development of this detector, it is essential to optimize the physical properties of the material through manipulation of point defects, which we call defect engineering. In this work, ZnSe enriched with approximately 95% of the 82Se isotope, Zn82Se, was characterized mainly by electronic paramagnetic resonance (EPR), photo - EPR and photoluminescence (PL). We show that the standard Zn82Se grown by the Bridgman - Stockbarger technique presents two photoluminescence bands centered at 540 and 630 nm, associated with Cu2+ and A – centers, respectively. The A – center was identified through photo - EPR as a pair consisting of a zinc vacancy (deep acceptor) and an Al in a Zn site (shallow donor). The standard Zn82Se material shows good scintillation properties with quenching factor (QF ≈ 4), which allows distinguishing particles (α, β, γ) in DBC. Both properties are lost with post growth heat treatments of Zn82Se. In order to improve luminescent properties by increasing the concentration of A – centers we used fast neutrons and heat treatments to induce isolated zinc vacancies (VZn) and associate them with shallow donors forming donor-acceptor pairs with efficient radiative recombination. Our study shows that neutron irradiation induces, in addition to zinc vacancies, a new donor center called NC1, which we attribute to a zinc di-interstitial, both annihilated by heat treatment at about 100°C.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFMGBrasilICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICADefeitos pontuaisRessonância paramagnética eletrônicaFotoluminescênciaZnSeDefeitos pontuaisRessonância paramagnética eletrônicaFotoluminescênciaBolômetro cintilanteDecaimento duplo betaCaracterização e engenharia de defeitos em Zn82Se enriquecido usado como componente primordial do detector bolômetro - cintilador (DBC)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALRepositorio_UFMG_TESE_Bruno_Cordeiro.pdfRepositorio_UFMG_TESE_Bruno_Cordeiro.pdfapplication/pdf13870138https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/43585/1/Repositorio_UFMG_TESE_Bruno_Cordeiro.pdf0abcef160a94299b7814dfd494fe05edMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/43585/2/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD521843/435852022-07-25 13:37:46.028oai:repositorio.ufmg.br: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ório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2022-07-25T16:37:46Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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