Механизмы разрешения электронных переходов и магнитооптические свойства магнитных диэлектриков

• Автор: Малаховский, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Глава 1. Экспериментальная техника

§1.1. Измерение оптических и магнитооптических параметров в отражённом свете

§ 1.2. Измерение кругового и линейного двупреломления

и дихроизма в проходящем свете

§1.3. Регистрация и обработка спектров поглощения

Часть 1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Глава 2. Правила отбора

§2.1. Взаимодействие фотона с атомом

§ 2.2. Правила отбора в свободном атоме

§ 2.3. Правила отбора для атома в кристалле

Глава 3. Электронно-колебательные взаимодействия

§3.1. Основные представления
§ 3.2. Проявление вибронного взаимодействия в спектрах разрешённых
электронных переходов
§ 3.3. Ширина линий вибронного поглощения
Глава 4. Запрещенные по чётности электронные переходы
§ 4.1. Связанные состояния, локальные моды
§ 4.2. Основные закономерности разрешения по чётности
§ 4.3. Теория Джадда-Офельта
§ 4.4. Температурное поведение f-f переходов в Рг3* и Dy3+ в некоторых стёклах
§ 4.5. Колебания, активные в разрешении по чётности
§ 4.6. Механизмы реализации вибронного разрешения по чётности
4.6.1. Модуляция кристаллического поля
4.6.2. Модуляция ковалентности связи
§ 4.7. Резонансный перенос возбуждения
Глава 5. Электронные переходы, запрещённые но спину и по чётности
§ 5.1. Снятие запрета по спину и двойного запрета в однотонном приближении
§ 5.2. Механизмы коллективного разрешения переходов по спину
§ 5.3. Обменно-вибронный механизм разрешения дважды запрещенных переходов
§ 5.4. Дихроизм спин-запрещённых d-d переходов в соединениях типа АгМпХд

§ 5.5. Температурное поведение интенсивности коллективного поглощения
§ 5.6. Температурное поведение тонкой структуры С и Е полос поглощения RbMnF3
и её интерпретация
Часть 2. МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Глава 6. Феноменологическое описание магнитооптических свойств
§ 6.1. Основные свойства оптических тензоров £ и /7 вещества в магнитном поле
§ 6.2. Магнитное двупреломление
6.2.1. Моногироанизотропная среда
6.2.2. Бигироанизотропная среда
§ 6.3. Эффекты Керра для бигиротропной среды
Глава 7. Микроскопическое описание магнитооптических свойств
§ 7.1. Дисперсия магнитооптических параметров
7.1.1. Гиромагнитный эффект Фарадея в RbMnF3
§ 7.2. Максимально возможные магнитооптические эффекты
§ 7.3. Строгое разложение магнитного кругового двупреломления (МКД)
на А, В и С члены
§ 7.4. МКД разрешённых электронных переходов в свободном атоме
§ 7.5. МКД разрешённых электронных переходов в атоме в кристалле
7.5.1. Общие закономерности
7.5.2. МКД перехода 3d' —► 4p1 в кубическом кристаллическом поле
7.5.3. МКД, вызванное магнитным упорядочением
§ 7.6. МКД одноионных запрещенных электронных переходов
7.6.1. Переходы, запрещённые по чётности
7.6.2. Переходы, запрещённые по чётности и по спину
§ 7.7. МКД переходов из состояния 1=0, Sf
Заключение
Литература
Актуальность и цели работы.
Работа посвящена изучению в основном двух достаточно самостоятельных, но взаимосвязанных проблем: спектроскопические свойства внутриконфигурационных
переходов и их магнитооптическая активность. Основное практическое применение переходов внутри 3d и 4f оболочек атома (d-d и f-f переходы, соответственно) связано с лазерной техникой. Достаточно вспомнить, что первый твёрдотельный лазер был создан на d-d переходах в ионах Сг3+ в рубине. Затем центр тяжести в создании твёрдотельных лазеров и усилителей света переместился на соединения 4f элементов [1]. Однако в последнее время возродился интерес к исследованию вибронных лазерных систем, включающих ионы 3d переходных металлов [2, 3]. Это связано с возможностью построения лазеров, перестраиваемых по частоте в очень широких пределах. Развивается поиск веществ с эффективным переносом энергии возбуждения как между /-ионами, так и между d и / ионами. Большие исследования ведутся по созданию новых типов лазерных материалов, таких, например, как керамика и стеклокерамика [4, 5]. На стыке двух обсуждаемых явлений можно упомянуть использование магнитооптики в кольцевых лазерах [6].
Со времени открытия Фарадеем магнитооптического эффекта, названного впоследствии его именем, магнитооптика стала интересным полем исследований, важных как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения практических приложений. На практике магнитооптические эффекты используются, в основном, в запоминающих устройствах, в невзаимных устройствах (например, оптические изоляторы и циркуляторы) и в интегральных магнитооптических волноводах [7, 8]. Бурный прогресс в конструировании сканирующих микроскопов стимулировал развитие магнитооптики ближнего поля и магнитооптической сканирующей микроскопии [9-11].
Магнитооптика является также эффективным инструментом для исследования других явлений. Магнитооптические эффекты давно и широко используются для изучения доменной и магнитной структуры и фазовых переходов в магнитоупорядоченных
веществах. В последнее время для тех же целей стали применяться нелинейные магнитооптические эффекты [12-15]. В ряде случаев результаты, получаемые с помощью нелинейной магнитооптики недостижимы другими методиками. Магнитооптика всё более широко применяется и для исследования поведения сверхпроводников [16]. Появилось много работ по магнитному круговому и линейному дихроизму в спектральной области синхротронного излучения (см., например, [17-19]). Эти измерения предоставляют

и их связь с лигандным окружением. Поэтому мы предприняли сравнительное экспериментальное исследование некоторых // переходов в целом ряде стёкол не прибегая к параметризации Д-0 (см. следующий параграф). Это позволяет проанализировать как индивидуальные свойства переходов, так и некоторые свойства материалов.
§ 4.4. Температурное поведение /-/ переходов в Рг3+ и Бу3+ в некоторых стёклах |91,92]
Измерения оптического поглощения в ближней ИК области были осуществлены в температурном интервале 78-300 К на автоматизированной двухлучевой установке с оптическим разрешением 20 сш'1 (см. § 1.3). Температура регулировалась с точностью ±1 К. Составы стёкол и концентрации редкоземельных (РЗ) элементов представлены в табл. 4.1. Технология изготовления стёкол описана в [93].
Таблица 4.1. Составы стёкол и концентрации РЗ ионов (С)
Обозначения образцов РЗ ионы Состав матриц С, 1031 ион сш'3 с, шо1 %
Рг1 Рг3+ ЗЮг-РгОз-веОг 5.02 20 (Рг203)
Рг2 Рг3+ /l2O3-B2O3-SiO2 2.26 15 (Рг203)
РгЗ Рг3+ ЫВ3О5 1.37 6 (Рг203)
Рг4 Рг*+ ЫВ3О5 3.27 13.4 (Рг20з)
Ру1 БЮг-РгОз-СеОз 3.55 15 (Оу2Оз)
йу2 Оу- БЮз-РгОз-СеОг 4.52 20(Бу2Оз)
РуЗ Оу3" АЬОзТ^Оз-БЮг 8.60 25 (Бу203)
Спектры поглощения двух стёкол, содержащих Рг и Эу, представлены на рис. 4.7 и 4.8. Идентификация линий поглощения осуществлена согласно [94]. Переходы 6Н15/2 —> б(Рп/2+Н<)/2) в Бу^ и 3Н4 —* 3Рг в Рг3+ были отнесены в [87] к сверхчувствительным. Хормадали и Рейсфельд [94] считают другой переход в Рг3+ сверхчувствительным: 3Н4 —>