Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
Положения, выносимые на защиту 5
ГЛАВА I. Литературный обзор 8
1.1. Атомы редкоземельных элементов в кристаллическом
окружении 8
-
Выбор метода расчета 8
-
Основные положения теории кристаллического
поля. Приближение слабого поля 9
1.1.3. Формирование потенциала кристаллического
. поля II
-
Кристаллическое поле кубической симметрии .... 14
-
Ионы в S -состоянии 16
-
Расчет матричных элементов кристаллического потенциала. Эквивалентные операторы 18
1.2. Сверхтонкие взаимодействия в редкоземельных
центрах кубической симметрии 21
-
Магнитное сверхтонкое взаимодействие 22
-
Хартри-фоковские расчеты сверхтонкой постоянной 25
-
Влияние эффектов перекрывания и кова-лентности 28
1.3. Спин-решеточная релаксация в магниторазбавленных
кристаллах при низких температурах 29
-
Спиновая подсистема в поле фононов 30
-
Механизмы спин-решеточного взаимодействия .... 36
-
Релаксация через виброяные состояния кристалла. Кросс-релаксация 46
1.3,4, Релаксация в кристаллах с существенной
ковалентяостыо связи 51
ГЛАВА 2. Предварительные исследования образцов 53
-
Описание экспериментальных установок 53
-
Арсенид галлия 57
-
Фосфид галлия 58
-
Фосфид индия 69
-
Иттербий 70
-
Эрбий 72
-
Гадолиний 75
-
Европий 75
-
Неодим 78
-
Церий 81
2.5. Выводы 83
ГЛАВА 3. Электронные состояния центра иттербия 85
-
Экспериментальные результаты 86
-
Обсуждение 88
-
Выводы 106
ГЛАВА 4. Электронная структура редкоземельных
центров в -состоянии 107
4.1. Электронные состояния центра гадолиния 107
-
Экспериментальные результаты 107
-
Обсуждение 109
-
Выводы Ц9
4.2. Электронные состояния центра европия 120
-
Экспериментальные результаты 120
-
Обсуждение 120
-
Выводы 129
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИЙ 130
ЛИТЕРАТУРА ..' 132
Введение к работе
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 4f -элементов, например, полупроводниковых соединений типа AmBJ 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
Целью настоящей работы являлось получение экспериментальных данных, описывающих состояния редкоземельных элементов в соеди- нениях А% , характеризуемых значительной степенью ковалентнос-ти связи; интерпретация полученных результатов для определения электронной структуры примесного лантаноидного центра и определение влияния конкретного кристаллического окружения на свойства примесного атома. Построение модели исследуемого центра и сопоставление с литературными данными для определения адекватности существующих теоретических представлений полученным результатам.
Исследуемые в настоящей работе монокристаллические образцы получались по стандартным технологическим методикам. Для контроля распределения примеси по кристаллу и концентрационных измерений проводились микрорентгеноструктурный и атомно-абсорбционный анализы. Экспериментальный материал по исследованию электронных состояний центров редкоземельных элементов получался методом ЭПР, из анализа температурных зависимостей статической магнитной восприимчивости и времени спин-решеточной релаксации, а также спектров фотолюминесценции.
В диссертации изложены положения теории кристаллического поля, на основании которых проводилась интерпретация полученных экспериментальных результатов. Сделан обзор механизмов сверхтонких взаимодействий и спин-решеточной релаксации, литературные данные по наиболее изученным классам соединений, содержащим примесные редкоземельные центры, приводятся непосредственно при обсуждении результатов эксперимента.
