Электронные состояния атомов редкоземельных элементов в соединениях АШВУ

• Автор: Романов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 155 c. : ил

Положения, выносимые на защиту

ГЛАВА I. Литературный обзор

1.1. Атомы редкоземельных элементов в кристаллическом окружении

1.1.1. Выбор метода расчета

1.1.2. Основные положения теории кристаллического

поля. Приближение слабого поля

1.1.3. Формирование потенциала кристаллического

.поля

1.1.4. Кристаллическое поле кубической симметрии

1.1.5. Ионы в S -состоянии

1.1.6. Расчет матричных элементов кристаллического потенциала. Эквивалентные операторы
1.2. Сверхтонкие взаимодействия в редкоземельных
центрах кубической симметрии
1.2.1. Магнитное сверхтонкое взаимодействие
1.2.2. Хартри-фоковские расчеты сверхтонкой постоянной
1.2.3. Влияние эффектов перекрывания и ковалентности
1.3. Спин-решет очная релаксация в магниторазбавленных кристаллах при низких температурах
1.3.1. Спиновая подсистема в поле фононов
1.3.2. Механизмы спин-решеточного взаимодействия
1.3.3. Релаксация через вибронные состояния кристалла. Кросс-релаксация

1.3.4. Релаксация в кристаллах с существенной
ковалентностью связи
ГЛАВА 2. Предварительные исследования образцов
2.1. Описание экспериментальных установок
2.2. Арсенид галлия
2.3. Фосфид галлия
2.4. Фосфвд индия
2.4.1. Иттербий
2.4.2. Эрбий
2.4.3. Гадолиний
2.4.4. Европий
2.4.5. Неодим
2.4.6. Церий
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Электронные состояния центра иттербия
3.1. Экспериментальные результаты
3.2. Обсуждение
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. Электронная структура редкоземельных
центров в $ -состоянии
4.1. Электронные состояния центра гадолиния
4.1.1. Экспериментальные результаты
4.1.2. Обсуждение
4.1.3. Выводы
4.2. Электронные состояния центра европия
4.2.1. Экспериментальные результаты
4.2.2. Обсуждение
4.2.3. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

Изучению поведения примесных редкоземельных атомов в различных соединениях посвящено значительное число работ /2-5, 7-9, 57, 86, 97/. Однако интерес к таким объектам в последнее время постоянно растет /31, 78-82, 88/. Столь пристальное внимание обусловлено строением электронной оболочки лантаноидных атомов, определяющим их яркие магнитные свойства. Наличие хорошо экранированной магнитной оболочки делает эти элементы весьма ценными примесями, введение которых позволяет целенаправленно изменять физические свойства материала. Кроме того, легирование атомами 4} -элементов, например, полупроводниковых соединений типа АШВУ открывает перспективы для создания новых оптических материалов.
Подавляющее большинство экспериментальных данных, полученных на сегодняшний день, относится к исследованиям редкоземельных центров в кристаллах с преимущественно ионным характером химической связи /64, 76, 77, 87, 104/. Были построены модели примесного лантаноидного центра и предложены расчетные методы, которые основывались на представлениях теории кристаллического поля и с различной степенью успеха использовались для интерпретации результатов эксперимента /2, 54/. В работах последних лет были предложены и развиты методы расчета, позволяющие учесть вклад различных физических механизмов в формирование основного состояния парамагнитного иона /14, 15, 60/. Вместе с тем, до настоящего времени в литературе отсутствовали данные об электронных состояниях редкоземельных элементов в таком важном классе материалов, как соединения А%У.
Целью настоящей работы являлось получение экспериментальных данных, описывающих состояния редкоземельных элементов в соеди-

Если вероятность обмена энергией между взаимодействующими центрами велика, а центры "Б" эффективно релаксиругот через фоно-яы, то важную роль в релаксации изучаемой спин-системы шгут играть двухстадийяые процессы. На первом этапе энергия передается от спинов "А" спинам "Б", а затем переходит от последних по одному из описанных выше механизмов в кристаллическую решетку. Такой процесс называется кросс-релаксацией.
В работах /92, 121/ исследовалась кросс-релаксация, обусловленная присутствием в кристалле примесных атомов разных химических элементов, связанных между собой диполь-диполъным взаимодействием.
Ван-Флек /30/ высказал предположение о возможной роли в релаксационном процессе обменно-связанных пар. Экспериментально было показано /112, 121, 122/, что такие пары могут иметь при определенных условиях короткое время спин-решеточной релаксации и посредством кросс-релаксации существенно увеличивать скорость взаимодействия одиночных ионов с решеткой.
Ацаркин /30/, пользуясь процедурой, предложенной в /120/, получил выражение, описывающее спин-решеточную релаксацию пары^ ионов, связанных изотропным обменным взаимодействием вида 3$^, где У = Зо ехр (~^ Г) - обменный интеграл.
= ле&гктрг гУ_М* (1.58,
- спиновые операторы ионов, Г - расстояние между ионами в паре, СЗо и ^ - постоянные, - матричный элемент перехода между состояниями I и К пары под действием оператора •
При этом предполагалось, что релаксация пары происходит по механизму, являющемуся вариантом механизма Валлера, рассмотрен-