Исследования пар ионов Cr3+-Cr2+ в кристалле KZnF3 методами оптической спектроскопии

• Автор: Юсупов, Роман Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Краткий обзор основных представлений об обменных
взаимодействиях в диэлектриках
§1.1. Обменное взаимодействие
§1.2. Двухузельная модель Холстейна-Фирсова. Адиабатические
потенциалы
§1.3. Особенности кинетического обмена при учете
электронно-колебательного взаимодействия
Глава 2, Объекты и методика исследований
§2.1. Выращивание кристаллов и подготовка образцов
§2.2. Измерение спектров поглощения исследуемых образцов
§2.3. Методика измерения и экспериментальная установка для
исследования пьезоспектроскопического эффекта
§2.4. Методика и техника исследования эффекта Штарка
Глава 3. Исследования парного центра смешанной валентности Сг3+-Сг2т
в кристалле КХпГз
§3.1. Исследования симметрии парного центра СЕ+-Сг2+ методом
пьезоспектроскопии
§3.2. Электрополевой эффект на линиях поглощения парного
центра Сг3+-Сг2+
§3.3. Оптическая спектроскопия кристаллов К7пГз:Сг3+,Сл'2і
вУФ-области
§3.4. Интерпретация линий поглощения парного центра Сг3+-Сг2+
§ 3.5. Температурная зависимость линий поглощения. Схема энергетических уровней основного состояния парного центра Сг3+-Сг2+
§ 3.6. Расчет обменных взаимодействий. Оценка интеграла переноса ег-электрона

Заключение
Приложение 1. Матрицы энергии электронной конфигурации с14 в кубическом
кристаллическом поле О), с учетом поправок Триса
Приложение 2. К расчету обменных взаимодействий в парном центре Сг3+-Сг2+ в
кристалле КгиИз
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В спектроскопии обменно-связанных комплексов в диэлектрических кристаллах условно можно выделить два основных направления:
1) исследование влияния комплексов на свойства материалов квантовой электроники (изменение КПД, возможность получения лазерной генерации на линиях излучения пар, возможности создания апконверсионных лазеров и т.д.);
2) исследование комплексов обменно-связанных ионов, направленное на развитие представлений о механизмах обменного взаимодействия в диэлектриках, в том числе магнитоупорядоченных соединениях. Спектроскопическое изучение таких комплексов дает прямую информацию об обменных параметрах, о геометрии сверхобменной связи и других факторах, определяющих энергетическую структуру их основного и возбужденных состояний.
К первому относятся исследования обменно-связанных комплексов ионов хрома, таких, как пары ионов Сг3+ в рубине, ЬаАЮз и других лазерных кристаллах.
Ко второму направлению следует отнести систематические спектроскопические исследования гомо- и гетеропар двухзарядных ионов группы железа (У2+, Мп2+, №2+, Си2+) в различных кристаллах. Итоги этих исследований подведены в монографии [1]. Особый интерес вызывают кристаллы с высокой симметрией. Ферро- и антиферромагнитные обменно-связанные пары, образующиеся в них при активации парамагнитными ионами, явились в свое время простейшими модельными системами для проверки адекватности различных механизмов обменных взаимодействий, а также, что важно - для понимания природы явлений ферро- и антиферромагнетизма в диэлектриках.
Интерес современных исследований сместился в сторону проводящих систем. Соответственно особое внимание в ряду обменно-связанных комплексов привлекают пары и триады ионов смешанной валентности, то есть комплексы, образованные ионами одного переходного металла, находящимися в различном валентном состоянии. Состояния таких комлексов могут быть вырождены по локализации избыточного заряда на одном из ионов комплекса. Наличие вырождения ведет к возможности реализации так

Фазовый состав выращенных кристаллов контролировался методами дифференциально-термического и рентгеноструктурного анализа. Выращенные кристаллы имели форму слегка конической були 06-10 мм длиной от 10 до 50 мм и обладали, как правило, достаточно высоким оптическим качеством.
В процессе роста происходит неконтролируемое изменение валентности ионов хрома. Концентрации Сг3+ и Сг2+ в выращенных кристаллах сильно зависели как от условий роста, так и от концентрации CrF2 в шихте, поэтому для определения
концентраций ионов двух и трехвалентного хрома использовалась следующая методика.
Ранее было показано, что в спектрах поглощения кристаллов KZnF3.-Cr3+,Cr2+ наблюдаются полосы, обусловленные d-d переходами ионов Сг3+ и Сг2+ [45] (спектр поглощения при Т=300 К представлен на рис.2.2. Полосы поглощения с А.тах=670 нм и 440 НМ обусловлены переходами ИОНОВ Сг3+ ИЗ ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ 4A2(t23) в возбужденные состояния 4T2(t22e) и 4Тj (t22e), соответственно [45]. Полоса поглощения с Хтах=840 нм
с э с O') '?+
соответствует переходу E(t2 е)-> ТдОг е ) ионов Сг [45]. Идентификация данных линий поглощения позволяет определять концентрации ионов Сг3+ и Сг2+ по интенсивностям данных линий. Для определения концентраций использовались линии поглощения с ?Wx=840 нм и ДшХ=670 нм. Сечения поглощения ионов хрома на этих длинах волн определялись следующим образом. Для определения сечения поглощения на линии, соответствующей переходу 4A2(t2J)-»T2(t22e) ионов Сг3+ были использован кристалл, активированный только ионами Сг3+. Концентрация ионов CrJ+ в данном образце определялась методом атомно-абсорбционного анализа, и далее по коэффициенту поглощения на длине волны 670 нм определялось сечение перехода.
Известно, что при активации кристаллов KZnF3 ионами Сг3+ из-за гетеровалентного замещения ионов Zn2+, образуются центры ионов Сг3+ различной локальной симментрии -кубические, тригональные, тетрагональные и моноклинные [42,46]. Однако в [46] было показано, что соотношения концентраций центров различной симметрии в образцах, выращенных по одной методике, практически не зависят от концентрации активатора в кристалле. Таким образом, оценка сечения перехода для определения концентраций является достаточно точной.