ЭПР и оптическая спектроскопия некоторых кристаллов в субмиллеметровом диапазоне волн Шакуров, Гильман Султанович

Введение к работе

Акт^альность_темн,. Спектроскопия в субмиллиметровом (СМЮ диапазоне волн стала интенсивна развиваться лишь в последние годы. Главным сдерживающим фактором здесь было отсутствие приемлемых источников излучения. Создание в 60-х годах отечественного генератора типа лампа обратной волны СЛОВ) положило начало когерентной ЛОВ-спектроскопии СММ диапазона. Наличие у ЛОВ частотной перестройки, высокой монохроматичности и спектральной плотности позволило создать спектрометры для измерения диэлектрических и магнитных проницаемостей твердых тел и жидкостей , спектров поглощения газов . Были сконструированы установки для изучения ЭПР в кристаллах, спектральных я радиоспектроскспических исследований в полупроводниках. Несмотря на очевидные достоинства ЛОВ-спектроскопии, спектрометры СММ диапазона пока не получили большого распространения, что вызвано прежде всего техническими трудностями, связанными с созданием экспериментальных установок. Поэтому ряд важных физических задач остается нерешенным.

Магниторезонансные исследования кристаллов,легированных парамагнитными ионами являются одной из актуальных проблем. Применение здесь СММ волн в сочетании с магнитными полями, получаемыми обычным электромагнитом,представляет несомненный интерес. Это относится прежде всего к некрамерсоЕым ионам с большим расщеплением в нулевом поле (РНГО, изучение которых методами ЗПР-спектроскопии сантиметрового диапазона либо невозможно, либо дает недостаточную информацию. В тоже время изучение кристаллов с такими ионами решает как научные так и чисто прикладные задачи. Например, внедрение иона Сг^г* в кубические кристаллы сопровождается эффектом Яна-Теллера, и измерения в СММ диапазоне способны прояснить вопрос о природе явления. С другой стороны изучение иона Сг** имеет практическое значение в связи с недавними сообщениями о создании на основе этого иона мощных перестраиваемых лазеров ближнего ИК диапазона. Необходимо отметить, что ЭПР спектроскопия некрамерсовых ионов представлена ограниченным числом работ и находится в стадии накопления экспериментального материала, поэтому развитие этого

направления радиоспектроскопии является весьма важной задачей. Другой интересной особенностью ЭПР спектроскопии СММ диапазона является уточнение имевшейся и получение дополнительной информации для хорошо изученных крамерсовых ионов в случае, когда начальные расщепления попадают в область СММ волн. В целом магниторезонансные исследования в СММ диапазоне являются на сегодняшний день одной из актуальных задач физики магнитных явлений.

Оптические исследования полупроводников типа кадмий-ртуть-теллур в СММ диапазоне актуальны прежде всего с точки зрения использования этих кристаллов в качестве детекторов и смесителей в зтой области. При этом получаемая информация удачно дополняет результаты, полученные методами ИК-спектроскопки и измерения на постоянном токе.

UgSfeE настоящей диссертационной работы являются: исследование кристаллов, содержащих парамагнитные ионы с большим РНП методом ЭПР в субмиллиметровом диапазоне волн, изучение оптических свойств тройных полупроводниковых соединений типа кадмий-ртуть-теллур, разработка и создание аппаратуры и методик измерений на СММ волнах.

КауныаЗ-йошша..

1. Впервые прямым методом измерены расщепления в нулевом поле между основным и возбужденными состояниями ионов трехвалентного зрбия и диспрозия, а также двухвалентного хрома в некоторых кристаллах с большим расщеплением в нулевом поле.

2. Впервые в кристалле синтетического форстерита обнаружены и детально исследованы центры двухвалентного хрома, определена симметрия комплексов, константы тонкой и сверхтонкой структур ССТСЗ.

3. Установлено,что в кубических кристаллах структурного ряда флюорита внедрение иона двухвалентного хрома сопровождается статическим эффектом Яна-Теллера, причем характер искажения тетрагональный в BaF₂ и ромбический в SrF₂.

4. Установлено, что в тройных соединениях типа кадмий-ртуть--теллур СКРТЗ механизм поглощения в СММ диапазоне обусловлен электронами проводимости в области плазменного отражения.

Башая_и_ввактиздкаа_зназш^мо-дт^ь-'-

Получекы новые сведения об энергетической структуре

двухвалентного хрома в разных кристаллах. Исследована симметрия образуемых им комплексов. Полученные сведения могут быть использованы в квантовой электронике при создании мазеров СММ диапазона,а также для оптимизации работы лазеров на кристаллах. Исследование ян-теллеровских ионов хрома в кристаллах структурного ряда флюорита способствует накоплению экспериментального материала в случае плохо изученных ионов с основным триплетным орбитальным состоянием.

Результаты, полученные из оптических измерений, могут найти применение при разработке на основе КРТ приборов СММ диапазона.

&522баиия_2аботы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (Казань,19883, XXIX совещании по физике низких температур СКазань, 1992), XXVII конгрессе AhPERE (Казань, 1994), Международной конференции по твердотельным лазерам TSSL'94 (Минск, 1994).

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 73 наименований. Работа изложена на 117 страницах текста и содержит 34 рисунка и 1 таблицу.