Влияние дефектов структуры на спин-решеточную релаксацию ионов Nd3+ в иттрий-алюминиевом гранате и центров облучения в кварцевом стекле

• Автор: Лукоянов, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Элементы теории спин-решеточной релаксации в кристаллах
1.2. Механизмы спин-решеточной релаксации в аморфных системах
1.3. Сопоставление теории с экспериментом
1.4. Обзор данных по спин-решеточной релаксации примесных ионов в гранатах и центров облучения
в кварце
ГЛАВА 2. Спин-решеточная релаксация примесных ионов НсР+ в
гранатах
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Структура кристаллов и спектры ЭПР ионов Ыс13+
2.3. Результаты измерений времен спин-решеточной релаксации ионов неодима
2.4. Спин-решеточная релаксация ионов Мо3+ в гранатах
2.5. Обсуждение результатов измерений спин-решеточной релаксации ионов Мй3+ в УзАЬОп
ГЛАВА 3. Спин-решеточная релаксация центров облучения
в кварце
3.1. Структура кварца и центров облучения в нем
3.2. Результаты измерений времен спин-решеточной релаксации

3.3. Обсуждение результатов измерений
3.4. Сравнение механизмов релаксации в кристаллах
и стеклах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ.
ЭПР и спин-решеточная релаксация (СРР) в настоящее время являются одними из наиболее результативных методов исследования структуры твердых тел, примесных центров, характера и величины взаимодействий между атомами (ионами), взаимодействий парамагнитных центров с колебаниями решетки и другими возбуждениями в кристаллах. Основам метода, различным методикам экспериментов, интерпретации спектров ЭПР и результатов измерений времен СРР посвящена обширная литература, где полнотой охвата проблем до сих пор выделяются монографии С.А.Альтшулера и Б.М.Козырева [1] и А.Абрагама и Б. Блини

Основным механизмом СРР в диэлектрических кристаллах является механизм Кронига - Ван Флека, обусловленный модуляцией электростатического кристаллического поля на парамагнитных ионах колебаниями решетки [1,2]. Рассчитанные в рамках этого механизма скорости релаксации парамагнитных систем обладают разнообразными зависимостями от температуры, но при низких температурах, вблизи температуры жидкого гелия (4.2 К) и ниже, эта зависимость близка к линейной (точнее, Гг1 ~ сХЫТюхЛкТ), где соо - частота ЭПР). Кроме того, при низких температурах теория предсказывает сильную зависимость скорости релаксации от внешнего магнитного поля ( ~Я4 для крамерсовых систем). Эти предсказания расходились с результатами ранних измерений парамагнитной релаксации в квасцах, выполненных в Лейдене в 30-х годах, и еще Ван Флек в своей основополагающей работе по теории СРР [3] отметил, что одной из возможных причин противоречия могут быть дефекты кристаллической структуры. В реальных кристаллах всегда имеются такие дефекты, и наблюдаемые в этих кристаллах явления могут

двухфононный процесс, в который включены оптические фононы с энергией Д. В работе [57] при изучении СРР ионов УЬ3+ и Се3+ в ВаУгИв наблюдался аналогичный процесс, только в этом случае была еще получена квадратичная полевая зависимость скорости релаксации для ионов УЪ3+: Гг'~//2ехр(-Д/7). Как показали проведенные теоретические расчеты, для наблюдения такой полевой зависимости необходимо близкое расположение двух возбужденных уровней УЬ3+.
В работе [58] была определена температурная зависимость времени СРР для нейтральных атомов водорода и дейтерия в междоузельных положениях в СаРг. В этой зависимости были получены слагаемые вида 7’г1~ехр(-Д/7), которые были приписаны процессам комбинационного рассеяния с участием локальных колебаний с энергией Д.
При исследовании СРР иона ТЬ3+ в CaW04 [59] была получена следующая зависимость для скорости релаксации: Т-1~Н-2ехр(-А/Т). Этот результат был приписан релаксации, обусловленной колебаниями дефектной решетки с очень узким спектром.
К настоящему моменту накопилось достаточно экспериментальных результатов для кристаллов, которые нельзя описать выражениями (1.30), (1.31). Эти факты не укладываются в рамки теорий спин-решеточной релаксации Ван Флека и Валлера, которые исходят из представлений об идеальном кристалле и его колебаниях. К такого рода ’’аномалиям” относится нелинейная температурная зависимость скорости релаксации при низких температурах. Так, в системе 2п81Рб-6Н20+№2+ эта зависимость менялась от 71-6 до 73 между 2К и ЗК, и от Т2-2 до Г4 между ЗК и 4К с общей тенденцией для более концентрированных кристаллов следовать более низкому степенному закону [60]. По мнению авторов работы, зависимости V -6- Г4 могут быть объяснены в том случае, если релаксация ограничена скоростью, с которой низкочастотные фононы могут приходить в тепловое равновесие с другими; кроме того, возможно эксперименты были сделаны в