Магнитный круговой дихроизм и оптическая спектроскопия иона Tm3+ в монокристалле TmAl3(BO3)4

• Автор: Соколов, Алексей Эдуардович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 89 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Основы теории спектров поглощения ионов с незаполненной /- оболочкой в кристаллах.

1.2. Особенности спектров поглощения/-/переходов иона Тт3+

в различных кристаллах.

1.3. Люминесценция иона Тш3+ в различных матрицах

1.4. Магнитный круговой дихроизм на//полосах:

основы теории и эксперимент

Глава 2. Образцы и методика эксперимента

2.1. Условия выращивания кристаллов

2.2. Методики измерений
Глава 3. Оптическая спектроскопия иона Тт31 в ТтА13(ВОз)4
3.1. Экспериментальные спектры поглощения
3.2. Обсуждение особенностей спектров поглощения
3.3 Обработка результатов по теории Джадда-Офельта
Глава 4. Магнитный круговой дихроизм
4.1. Экспериментальные результаты
4.2. Обсуждение результатов
Основные результаты
Список литературы

Введение
Оптические и магнитооптические свойства редкоземельных (РЗ) ионов в области электронных переходов постоянно находятся в центре внимания исследователей, благодаря уникальности спектроскопических свойств этих ионов и их широчайшим практическим приложениям [1-6]. Спектры поглощения РЗ ионов в кристаллах представляют собой группы узких полос, напоминающих атомный спектр, благодаря тому, что 4Р оболочка эффективно заэкранирована и 5р оболочками, и лигандное окружение оказывает только слабое влияние на электронное облако РЗ ионов. Однако его влияние ответственно за особенности тонкой структуры спектра поглощения. Отсюда следует, что, хотя, в принципе, процессы, ответственные за. поглощение и излучение РЗ ионов в различных спектральных областях, в настоящее время хорошо известны, для каждого нового кристалла необходимым этапом является детальное экспериментальное, исследование спектров в широком температурном диапазоне.
Каждый из РЗ ионов обладает набором интересных и. в фундаментальном и в прикладном смысле свойств, и каждому посвящен не один десяток, а то и сотни работ. Ион Тт34 привлекает внимание, как исследователей, так и разработчиков новых типов лазеров и оптоэлектронных устройств в связи с-большим количеством излучательных переходов; наблюдающихся в ■ нем в различных участках спектра — от инфракрасного до ультрафиолетового [2]. Тт3+ является одним из наиболее перспективных ионов, в которых коротковолновое излучение может осуществляться за счет процесса ир-конверсионной накачки из инфракрасной в видимую область спектра [7]. Ир-конверсионное излучение с уровня '64 иона Тш3+ было получено для ряда матриц - ПУР4 [8], ¥3А15012 [9] и ЫКУР5 [10], активированных этим ионом. При этом было показано, что эффективность генерации зависит от многих параметров,, включая природу кристаллической матрицы. Лазерная генерация на /-/ переходах иона Тт31 наблюдалась в области 2.0 и 2.3 мкм [11, 12]. Переход 3Р^3Н6 около 1.9 мкм используется в медицине и дистанционном зондировании [13]. Переход
Л 3 '
Н6-> Н4 в области 800 нм может быть использован для накачки диодного лазера
ОаА1Аз [14]. Новые миниатюрные твердотельные устройства нуждаются в источниках излучения с высокой концентрацией РЗ ионов. Кристаллы
ТтА13(В03)4 со структурой хантита, впервые синтезированные в 2005 году [15], идеально подходят для этих целей, так как позволяют вводить РЗ ионы в высоких концентрациях вплоть до стехиометрического состава. Однако развитие приложений этого кристалла было ограничено крайне слабой изученностью спектроскопии иона Тт3+, именно, в этом окружении. К началу настоящей работы были известны две публикации [15, 16], посвященные исследованию спектра поглощения этого кристалла при комнатной температуре.
Изучение магнитооптических эффектов позволяет глубже проанализировать спектр возбужденных состояний РЗ ионов, механизмы
разрешения электронных /-/ переходов в РЗ ионах, занимающих позиции различной симметрии, и объяснить природу их магнитооптической активности (МОА). Такие эксперименты создают предпосылки для поиска новых магнитооптических материалов и методов управления поляризованными спектрами поглощения и люминесценции с помощью магнитного поля. Магнитооптика РТ переходов для иона туллия ранее, вообще, не исследовалась. Цель работы - экспериментальное изучение оптических и магнитооптических свойств кристалла ТшА13(ВОз)4 в широком интервале температур при различных ориентациях волнового вектора и поляризации падающего излучения
относительно осей кристалла. Объяснение происхождения интенсивности ]'-[ электронных переходов и установление природы их магнитооптической
активности.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи.
- Исследовать спектры поглощения /-/ переходов в ТтА13(В03)4 в области (5-З0)*103 см'1 в интервале температур 1.8-300 К, определить и проанализировать температурные зависимости как интегральных интенсивностей полос, соответствующих электронным переходам из основного в возбужденные мультиплеты, так и каждой узкой линии внутри полос;

нами кристалле ТтА1з(ВОз)4 край сильного поглощения сдвинут, по крайне мере, до 220 нм, что, возможно впервые, позволило четко разрешить полосу
Зн6^‘э2.
Экспериментальные спектры поглощения, были разложены на компоненты гауссовой формы, параметры этих компонент были использованы для анализа спектров.
При уменьшении температуры измерения термическая заселенность подуровней основного состояния изменяется, что приводит к существенному изменению структуры каждой полосы. Линии внутри полос, соответствующие переходам из верхних подуровней основного состояния, теряют интенсивность, перекрывание между ними исчезает, а линии, соответствующие переходам из нижних подуровней, наоборот, становятся более интенсивными. Увеличение количества линий в спектрах и полученная температурная зависимость их интенсивностей важны для интерпретации природы полос.
А. (нм)
2000 1950 1900 1850 1800 1750 1700 1650 1
X (нм)
энергия (см‘)
Рис. 11 Спектры поглощения для а и Рис. 12. а - спектр поглощения о поляризации переходов 3Н6—перехода 3Яб —>3/<4 при комнатной 3Р2 + 3Р3 при комнатной температуре. температуре.
Для наглядности спектры сдвинуты друг относительно друга по вертикали.
Для всех наблюдаемых полос поглощения спектры в а и а поляризациях совпадают, что свидетельствует об электродипольном характере поглощения.