Origin of resolution enhancement by co-doping of scintillators: Insight from electronic structure calculations

It was recently shown that the energy resolution of Ce-doped LaBr$_3$ scintillator radiation detectors can be crucially improved by co-doping with Sr, Ca, or Ba. Here we outline a mechanism for this enhancement on the basis of electronic structure calculations. We show that (i) Br vacancies are the primary electron traps during the initial stage of thermalization of hot carriers, prior to hole capture by Ce dopants; (ii) isolated Br vacancies are associated with deep levels; (iii) Sr doping increases the Br vacancy concentration by several orders of magnitude; (iv) $\text{Sr}_\text{La}$ binds to $V_\text{Br}$ resulting in a stable neutral complex; and (v) association with Sr causes the deep vacancy level to move toward the conduction band edge. The latter is essential for reducing the effective carrier density available for Auger quenching during thermalization of hot carriers. Subsequent de-trapping of electrons from $\text{Sr}_\text{La}-V_\text{La}$ complexes then can activate Ce dopants that have previously captured a hole leading to luminescence. This mechanism implies an overall reduction of Auger quenching of free carriers, which is expected to improve the linearity of the photon light yield with respect to the energy of incident electron or photon

Oxygen Vacancy in ZnO-ww Phase: Pseudohybrid Hubbard Density Functional Study

The study of zinc oxide, within the homogeneous electron gas approximation, results in overhybridization of zinc $3d$ shell with oxygen $2p$ shell, a problem shown for most transition metal chalcogenides. This problem can be partially overcome by using LDA+$U$ (or, GGA+$U$) methodology. However, in contrast to the zinc $3d$ orbital, Hubbard type correction is typically excluded for the oxygen $2p$ orbital. In this work, we provide results of electronic structure calculations of an oxygen vacancy in ZnO supercell from ab initio perspective, with two Hubbard type corrections, $U_{\mathrm{Zn}-3d}$ and $U_{\mathrm{O}-2p}$. The results of our numerical simulations clearly reveal that the account of $U_{\mathrm{O}-2p}$ has a significant impact on the properties of bulk ZnO, in particular the relaxed lattice constants, effective mass of charge carriers as well as the bandgap. For a set of validated values of $U_{\mathrm{Zn}-3d}$ and $U_{\mathrm{O}-2p}$ we demonstrate the appearance of a localized state associated with the oxygen vacancy positioned in the bandgap of the ZnO supercell. Our numerical findings suggest that the defect state is characterized by the highest overlap with the conduction band states as obtained in the calculations with no Hubbard-type correction included. We argue that the electronic density of the defect state is primarily determined by Zn atoms closest to the vacancy.Comment: 13 pages, 6 figure

Interpretation of Light-Quenching Factor Measurements

We observe that the pattern of the quenching factors for scintillation light from various ions, recently studied in $CaWO_4$ in connection with dark matter detectors, can be understood as a saturation phenomenon in which the light output is simply proportional to track length, independent of the ion and its energy. This observation is in accord with the high dE/dx limit of Birks' law. It suggests a simple model for the intrinsic resolution of light detectors for low energy ions, which we briefly discuss.Comment: Seven pages, seven figures, some with colo

Particle detection through the quantum counter concept in YAG:Er3+^{3+}

We report about a novel scheme for particle detection based on the infrared quantum counter concept. Its operation consists of a two-step excitation process of a four level system, that can be realized in rare earth-doped crystals when a cw pump laser is tuned to the transition from the second to the fourth level. The incident particle raises the atoms of the active material into a low lying, metastable energy state, triggering the absorption of the pump laser to a higher level. Following a rapid non-radiative decay to a fluorescent level, an optical signal is observed with a conventional detectors. In order to demonstrate the feasibility of such a scheme, we have investigated the emission from the fluorescent level $^4$S$_{3/2}$ (540 nm band) in an Er$^{3+}$-doped YAG crystal pumped by a tunable titanium sapphire laser when it is irradiated with 60 keV electrons delivered by an electron gun. We have obtained a clear signature this excitation increases the $^{4}I_{13/2}$ metastable level population that can efficiently be exploited to generate a detectable optical signal

Development of a large area gas photomultiplier with GEM/μ\muPIC

We are developing a new photon detector with micro pattern gaseous detectors. A semitransparent CsI photocathode is combined with 10cm$\times$10cm GEM/$\mu$PIC for the first prototype which is aimed for the large liquid Xe detectors. Using Ar+C$_2$H$_6$ (10%) gas, we achieved the gas gain of $10^5$ which is enough to detect single photoelectron. We, then, irradiated UV photons from a newly developed solid scintillator, LaF$_3$(Nd), to the detector and successfully detected single photoelectron.Comment: Poster presentation at ICHEP08 Philadelphia, USA, July 2008. 3 pages, LaTeX, 4 eps figure

Location of the Energy Levels of the Rare-Earth Ion in BaF2 and CdF2

The location of the energy levels of rare-earth (RE) elements in the energy band diagram of BaF2 and CdF2 crystals is determined. The role of RE3+ and RE2+ ions in the capture of charge carriers, luminescence, and the formation of radiation defects is evaluated. It is shown that the substantial difference in the luminescence properties of BaF2:RE and CdF2:RE is associated with the location of the excited energy levels in the band diagram of the crystals

ІЛОСОФСЬКА ТАКСОНОМІЯ КЛАСИЧНИХ ЗАХІДНИХ ТЕОРІЙ СМІХУ

Розглядаються основні теорії комічного, що належать до класичної парадигми філософствування (Т.Гоббса, І.Канта, Г.Гегеля, З.Фройда та ін.), розкривається їх взаємозв’язок та еволюція поглядів на проблему комічного. Комічне сформувало особливий культурний пласт – світ сміху, який постійно протиставляється світу серйозному. Мета цієї статті – дати загальний огляд основних теорій комічного в західній філософській думці. Розгалужена культура сміху, заснована на комічному в житті та мистецтві, має глибоке історичне коріння. У класичній західній філософії існують три види традиційних теорій сміху: переваги, невідповідності, розрядки. Основні положення теорії переваги були викладені Аристотелем і Платоном і домінували у західному мисленні про сміх протягом двох тисячоліть. Вважалось, що сміх виражає почуття переваги над іншими людьми або над нашим колишнім станом. Другим підходом до вивчення проблеми гумору була теорія невідповідності яка виникла у 18 столітті, щоб кинути виклик теорії переваги,. У той час як теорія переваги стверджує, що причиною сміху є почуття переваги, то теорія невідповідності вважає, що причина сміху –це сприйняття чогось невідповідного, чогось, що порушує наші розумові моделі та очікування. Зараз це домінуюча теорія гумору у філософії та психології. Теорія розрядки стверджує, що сміх позбавляє від накопиченої нервової енергії. Засновниками цієї теорії є Герберт Спенсер і Зигмунд Фройд. У статті зазначається, що кожна з теорій гумору здатна пояснити лише деякі з комічних проявів. Проте кожен тип теорії висвітлює певний аспект гумору. А тому ведеться подальший пошук філософського обґрунтування такого складного поняття, як сміх

ПОЕТИКА КАРНАВАЛЬНОСТІ ЯК ФІЛОСОФСЬКЕ СВІТОВІДЧУТТЯ М. ГОГОЛЯ

У статті розглядаються основні положення романтичної естетики творчості М.Гоголя (смішення реальності і думки, життя з мистецтвом, стремління до особистої свободи, іронія), які пересікаються з атрибутами карнавала. Вказано, що поєднання з атмосферою карнавала можливо тільки через суміш, який у цьому випадку можна розглядати як своєрідний провідник в сфері «утопічної свободи» та особливого, святкового осягнення істини. З іншої сторони, самої характерної формою естетичних відносин Гоголя до дійсності був сміх. Доведено, що тема карнавалізації у контексті філософії М.Гоголя є перспективним вектором розкриття творчого методу письменника. Цель статті – виявлення особливостей карнавального світовідчуття як істотної складової філософії М.Гоголя, і яка, у свою чергу, є важливою для деконструкції гоголівських художніх текстів