Введение к работе
Актуальность темы. Все возрастающая роль кристаллов в технике стимулирует развитие и применение методов контроля примесно-госистава кристаллов и собственных дефектов как одного из этапов в поиске и отладке технологии получения кристаллов с заданными свойствами. Парамагнитные центры являются своеобразными метками состояния реальных кристаллов, которые позволяют исследовать процессы роста и условия эксплуатации. В связи с этим становится более актуальным развитие метода электронного пара — магнитного резонанса (ЭПР) применительно к решению.технологи -ческих задач и для систематического исследования влияния дефектов на физические свойства кристаллов. Однако, развитые ранее подходы не являются универсальными и не могут быть применены для изучения большинства современных нелинейных и сегнетоэлект-рических материалов, являющихся ацентричными низкосиыметричными кристаллами. На этой стадии применения метода ЭПР особо высту -пают вопросы стандартизации не только описания спектров на базе единой системы определений, нормировок и обозначений неприводимых тензорных операторов для извлечения.полной информации из спектров ЭПР с применением ЭВМ, но и анализа, интерпретации данных для структурных и концентрационных измерений в кристал -лах.
Цель работы заключалась в развитии метода спинового гамиль -тониана (СГ) для стандартизации его формы и нахоздения параметров, а также в поиске возможностей повышения информативности тензоров СГ для выяснения структурных особенностей координаци -онных полиэдров в монокристаллах. Для этого решались следующие основные задачи: I- определение и анализ угловой зависимости параметров СГ в единой системе неприводимых тензорных операто -ров Т-ц-Св) установление связи параметров в различных системах спиновых операторов; 2- развитие методов анализа инвариантов тензоров СГ любой симметрии; 3- разработка.программ ЭШ для нахождения параметров СГ ионов со спином в =3/2, 5/2, 7/2 по спектрам ЭПР, для расчета спектров по известным параметрам СГ, для анализа тензоров ранга L =2,4 в системе Гщ*1 4- исследование спектров и локализация примесных ионов Сг , Ре , Ga?+ в про -мышленных и модельных кристаллах.
Основным методом исследования примесных ионов являлся ЭПР. Измерения проводились на видеоспектрометре W~37 ГГц) и спект -
рометре РЭ-1307 (V-9 ГГц) при 300 и 77 К. Вычисления производились на ЕС ЭВМ и микро ЭВМ "Электроника ДЗ-28". Исследования были проведены на основных промышленных кристаллах квантовой электроники ромбической сингонии - КГіОР04 (КТР). и їдіо, (АИ), искусственных и природных кристаллах тригональной сингонии -СаСОз(кальцит) и CaMg^Og^(доломит), модельных кристаллах мо -ноклинной сингонии -Na2Cd(S04)22H20 ( Cd-кренкит), TJa2Zn(S04)2 4Н20 (' Zn-астраханит).
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
-
В системе TtjjCB) построены СГ II классов Лауэ симметрии для спинов в =3/2, 5/2, 7/2; записана угловая зависимость ком -понент тензора .ранга L =2,4,6; проанализированы возможные неоднозначности в разложении СГ по TLM(s) ; найдены коэффициенты связи параметров СГ в различных системах спиновых операторов; определен физический смысл инвариантов СГ.
-
Впервые построено супероператорное уравнение и получено его решение для ионов Сг в'позициях Cj кристаллов КТР.
-
В системе кристаллографических осей изучены спектрьгЭПР и найдены параметры СГ примесных ионов Сг^" и Ре + в КТР, gu в АИ, Ре в кристаллах кальцита, доломита и двойных сульфатов.
-
Предложен новый метод выделения максимальных инвариантных компонент (МИК) тензора ранга l симметрии GB и развит метод указательной поверхности (УП) тензора для получения структурной информации из данных ЭПР.
-
Реализованы и апробированы программы расчета спектров ЭПР ионов со спином S =3/2, 5/2, 7/2 и анализа тензоров ранга ъ = 2,4 в единой системе 1^(8).
Практическое значение. Применение СГ в системе Т-^Сб) поз -воляет использовать известные результаты построения и анализа тензоров СГ и тем самым упростить описание спектров ЭПР, нахождение параметров СГ, повысить объективность и надежность лока - лизации парамагнитных ионов в структуре, разработать стандар -тизовакную систему данных для идентификации спектров ЭПР в кристаллах, основанную на определении резонансных значений и интенсивности линий в кристаллографических направлениях. Результаты экспериментальных исследований в кристаллах АИ и КТР позволяют контролировать содержание примесных ионов Сг , Ре +, Gd + на различных стадиях получения лазерных материалов с заданными
4,
свойствами. Разработанные методы описания спектров ЭПР, анали -за тензоров СГ, программы для ЭМ будут использоваться при создании математического и.программного обеспечения метода ЭПР и базы стандартных данных.
Основным защищаемым положением работы является создание единой системы обработки, представления и интерпретации спектров ЭПР, включающей:
а) вид СГ для II классов Лауэ симметрии, его инвариантов,, угло
вую зависимость параметров СГ в системе tlm'(s) для ионов со
спином б =3/2, 5/2, 7/2;
3+
б) супероператорное уравнение СГ симметрии 0^ для иона Сг со
спином Б =3/2 и алгоритм его решения на ЭВМ;
в) метод МИК, УП и результаты анализа низкосимметричных тензо
ров СГ; ' " .'
г) алгоритмы программ нахождения параметров СГ, положения и ин
тенсивности спектральных линий, анализа тензоров ранга Ь - 2,4
в системе Тцу^Б);
д) апробацию предложенных методов при исследовании спектров ЭПР
примесных ионов Сг3+ и Ре34" в КТР, И ^ в АН,. Ре3* в кристал -
лах кальцита, доломита и двойных сульфатов."
Публикации и апробация работы. По теме диссертации'опубликовано, 12 печатных работ. Основные положения и методические раз -работки докладывались на Всесоюзных конференциях по магнитному резонансу в конденсированных средах,Казань 1984, по применению магнитного резонанса в народном хозяйстве,Казань 1988г., итоговых конференциях Казанского университета 1986 - 1989гг.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 170 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит НО страниц текста, 39 рисунков, 37 таблиц и библиографию из 102 наименований.