Μελέτη φαινομένων προτρεπόμενης φωταύγειας με φαινομενολογικά και μοντέλα πρώτων αρχών στις διαστάσεις μικροκλίμακας και νανοκλίμακας μέσω προσμοιώσεων σε προγραμματιστικό περιβάλλον

Abstract

The present PhD thesis theoretically examines Stimulated Luminescence (SL) using phenomenological models and first-principles models, aiming to analyze processes at the micro and nanoscale dimensions and to enhance the understanding and prediction of experimental results. Initially, it presents the basic theory of SL phenomena, with an emphasis on phosphorescence and the mechanisms of thermally and optically stimulated luminescence. Specifically, the experimental results for two types of Beryllium Oxide are examined. Subsequently, theoretical SL models are analyzed, including thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) curves. Furthermore, nanostructured materials are studied using simulations based on the One Trap – One Recombination center (OTOR) and Interactive Multi-Trap System (IMTS) models in order to predict the behavior of thermoluminescent dosimeters (TLDs). Finally, first-principles models and Density Functional Theory (DFT) are applied to simulate the thermoluminescence of Beryllium Oxide, investigating the doping effects on two types of BeO, while also predicting their TL response by integrating DFT calculations into the OTOR model. Overall, the PhD thesis proposes theoretical methodologies for interpreting and predicting the experimental behavior during experimental processes, contributing to the development of theoretical protocols and frameworks for the rapid and cost-effective investigation of materials.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει θεωρητικά τα φαινόμενα Προτρεπόμενης Φωταύγειας (Stimulated Luminescence, SL) χρησιμοποιώντας φαινομενολογικά μοντέλα και μοντέλα πρώτων αρχών, με στόχο την ανάλυση διαδικασιών στις διαστάσεις της μικροκλίμακας και νανοκλίμακας, αλλά και την ενίσχυση της κατανόησης και πρόβλεψης πειραματικών αποτελεσμάτων. Αρχικά, παρουσιάζεται η βασική θεωρία των φαινομένων προτρεπόμενης φωταύγειας, με έμφαση στο φωσφορισμό και τους μηχανισμούς θερμικώς και οπτικώς προτρεπόμενης φωταύγειας. Συγκεκριμένα εξετάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για δύο τύπους του Οξειδίου του Βηρυλλίου. Στη συνέχεια, αναλύονται θεωρητικά μοντέλα SL, συμπεριλαμβανομένων των καμπύλων θερμοφωταύγειας (Thermoluminescence, TL) και οπτικώς προτρεπόμενης φωταύγειας (Optically Stimulated Luminescence, OSL). Επίσης, μελετώνται ανόργανα νανοδομημένα υλικά με προσομοιώσεις των μοντέλων One Trap – One Recombination center (OTOR) και Interactive Multi-Trap System (IMTS) για πρόβλεψη συμπεριφοράς θερμοφωταυγειακών δοσιμέτρων (Thermoluminescent Dosimeters, TLDs). Τέλος, εφαρμόζεται η θεωρία πρώτων αρχών και η θεωρία συναρτησιοειδούς πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT) για προσομοίωση της θερμοφωταύγειας του Οξειδίου του Βηρυλλίου, διερευνώντας την επίδραση προσμίξεων και την ενσωμάτωση υπολογισμών DFT στο μοντέλο OTOR. Συνολικά, η διατριβή προτείνει θεωρητικές μεθοδολογίες για ερμηνεία και πρόβλεψη πειραματικών συμπεριφορών υλικών, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη θεωρητικών πρωτοκόλλων και πλαισίων για γρήγορη και οικονομική διερεύνηση υλικών.