Kurzfassung
Die Lumineszenz von Edelgasfestkörpern aus Xenon,
Krypton und Argon wurde mit Hilfe der zeitaufgelösten Lumineszenzspektroskopie
für Anregungen im Innerschalenbereich untersucht. Dabei wurde die Emission des
freien beziehungsweise lokalisierten Exzitons verwendet. Die Messungen wurden
für Anregungsenergien im Bereich von 35 - 750 eV durchgeführt, wodurch
Anregungen der 4d-, 4p- und 3d-Schalen in Xe, der 3d-Schalen in Kr und der
2p-Niveaus in Ar abgedeckt wurden. Bei schnellen Emissionen weisen die
Abklingkurven auf der Nanosekundenskala zwei unterschiedliche Bereiche auf. Der
Bereich der prompten Lumineszenz wird von Exzitonen gebildet, die simultan mit
der Anregung gebildet werden, und der Bereich der verzögerten Lumineszenz stammt
von langsamen Exzitonen aus Rekombinationsprozessen. In der prompten Lumineszenz
wird eine Resonanz für Photonenenergien oberhalb einer Schwelle beobachtet, die
der Ionisationsenergie des entsprechenden Rumpfzustands plus der Energie des
Valenzexzitons entspricht. Diese Schwelle wird in zwei unabhängigen Modellen
beschrieben, dem Multiple Parabolic Branch Band Model und dem Modell des
Electronic Polaron Complex. Eine Gegenüberstellung mit vergleichbaren Messungen
aus der Literatur zeigt, dass es sich beim Auftreten der Resonanz für die
prompte Exzitonerzeugung um eine grundlegende Eigenschaft der Edelgasfestkörper
handelt. Die Struktur der verzögerten Lumineszenz zeigt eine deutliche
Abhängigkeit von der Anregungsdichte. Die Verschiebung dieser Struktur hin zu
kürzeren Zeiten mit steigender Anregungsdichte wird durch ein
Rekombinationsmodell für Elektronen und Löcher beschrieben. Es werden numerische
Simulationen im Rahmen dieses Modells vorgestellt, die die Messkurven gut
reproduzieren können.
Luminescence of the rare gas solids Xenon, Krypton, and Argon was
investigated following excitation of the inner-shell levels using time-resolved
photoluminescence techniques. As a probe for luminescence, emission from the
free and self-trapped exciton states was used. The measurements were performed
in the energy range of 35 - 750 eV, covering excitations from the 4d, 4p, and 3d
shells of Xe, the 3d shells in Kr, and the 2p shells in Ar. For fast emissions,
the time structure on the nanosecond scale shows two distinct regions, the
region of prompt luminescence from excitons created simultaneously with the
excitation, and the delayed luminescence, which stems from slow recombinational
excitons. For the prompt luminescence, a resonance is observed for photon
energies above a threshold which equals the ionization energy of the respective
core state plus the energy of the valence exciton. This threshold is explained
in two independent models, the multiple parabolic branch band model, and the
electronic polaron complex model. A comparison with related measurements from
the literature demonstrates that the occurrence of the resonance in prompt
exciton creation is a fundamental property of the rare gas solids. The structure
of the delayed luminescence shows a marked dependency on the excitation density.
The shift of the decay structure to shorter times with increasing density is
explained in a recombinational model for electrons and holes. Numerical
simulations within the frame of this model are presented, which reproduce the
measured date within good accuracy.