Матричный метод расчета магнитных характеристик иона кобальта Гончаров, Евгений Олегович

Введение к работе

Актуальность темы

Исследование магнитных свойств соединений позволяет изучать тонкие особенности их строения и анализировать возможное влияние магнитных полей на протекание химических реакций. По величине эффективного магнитного момента, магнитной восприимчивости и их температурной зависимости можно судить о степени окисления металла, спиновом состоянии, природе внутри- и межмолекулярных взаимодействий между парамагнитными центрами, пространственной структуре и симметрии моно- и полиядерных комплексов.

Несмотря на то, что существует множество работ, посвященных расчету магнитных характеристик иона кобальта Со²⁺, к настоящему времени задача теоретического расчета магнитных свойств иона Со²⁺, с учетом всех возможных взаимодействий, остается нерешенной. Кроме того, полученные экспериментально данные о магнитных характеристиках для ионов группы железа существенно расходятся с теоретически предсказанными.

Также, в силу того, что использование иона Со²⁺ представляет интерес для конструирования перестраиваемых лазеров на основе полупроводников AⁿB^VI и AⁿⁱB^v, необходимо как можно точнее рассчитывать энергетическую структуру соединений с учетом всех возможных взаимодействий.

Поэтому теоретическое исследование энергетических и магнитных свойств ионов группы железа является актуальной задачей и тема диссертационной работы представляет интерес, как с научной, так и с практической точки зрения.

Цель диссертационной работы

Целью работы является расчет, анализ и изучение энергетических и магнитных характеристик соединений с ионом Со²⁺ матричным методом, учитывающим все возможные взаимодействия и симметрии окружения иона.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

описание методики расчета энергетических и магнитных характеристик ионов группы железа матричным методом;

определение и изучение энергетических параметров свободного иона Со²⁺;

изучение магнитных характеристик иона Со²⁺ в кристаллических полях различных симметрии;

расчет магнитных характеристик димеров с ионами группы железа;

расчет энергетической структуры полупроводниковых лазеров на основе ZnSe, ZnO, ZnS, CdTe, GaP, легированных ионами Со²⁺.

Научная новизна работы

1. впервые для расчета энергетических свойств иона Со²⁺ в различных соединениях разработана и составлена полная энергетическая матрица, учитывающая все возможные взаимодействия и любые возможные симметрии окружения иона;

2. магнитные свойства иона Со²⁺ рассчитываются с помощью метода прямого матричного расчета без приближения Ван-Флека, что позволяет учитывать взаимное влияние энергетических состояний друг на друга;

3. разработан прямой матричный метод расчета энергетических и магнитных свойств для димеров ионов группы железа;

4. изучено влияние кристаллических полей различной симметрии на величину и значение магнитного момента иона Со²⁺;

5. для полупроводниковых лазеров А¹^^ и AⁱⁿB^v, легированных ионами Со²⁺, рассчитаны энергетические структуры соединений с учетом всех возможных взаимодействий.

Практическая значимость работы

Использование метода прямого матричного расчета энергетических и магнитных характеристик ионов переходной группы металлов, учитывающего все возможные взаимодействия и симметрии окружения, позволяет более полно и точно описывать энергетические структуры соединений и их природу, позволяет изучать и рассчитывать величины магнитного момента и восприимчивости соединений с Со²⁺, а также моделировать и рассчитывать энергетические спектры для использования в полупроводниковых лазерах AⁿB^VI и AⁿⁱB^v, легированных ионами Со²⁺.

Основные положения, выносимые на защиту

6. методика расчета энергетических и магнитных характеристик ионов группы железа матричным методом, учитывающим все взаимодействия в ионе и влияние внутримолекулярных полей различной симметрии;

7. результаты расчета энергетических характеристик иона Со²⁺, полученных с использованием полной матрицы взаимодействий в ионе;

8. результаты расчета матричным методом магнитных характеристик различных соединений с Со²⁺;

9. результаты анализа влияния кристаллических полей различной симметрии на величину магнитного момента;

10. результаты применения матричного метода для расчета энергетических спектров полупроводниковых лазеров, легированных Со²⁺.

Личный вклад автора

Лично автором разработана программа расчета магнитных характеристик ионов группы железа матричным методом. Определена степень влияния параметров внутримолекурярного поля на значения магнитного момента и восприимчивости для иона Со²⁺. Проведен анализ и интерпретация полученных результатов, сопоставление с экспериментальными данными, расчет энергетических спектров в полупроводниковых лазерах.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных форумах:

53-54-й Научных конференциях «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Долгопрудный, 2010-2011).

17-18-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2011-2012).

14-15-й Международных телекоммуникационных конференциях молодых ученых и студентов «Молодежь и наука» (2010-2011).

Международных молодежных научных форумах «ЛОМОНОСОВ» (Москва, 2011-2012).

XXII Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (Астрахань, 2012).

XIV Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (ICEEE-2012, Алушта, 2012).

Международной конференции «International Conference on Engineering Materials» (Сингапур, 2012).

Тематика диссертационной работы соответствует плану фундаментальных научных исследований РАН на 2013-2020 годы (распоряжение правительства РФ от 3 декабря 2012 г.). Результаты работы реализованы в следующих грантах:

грант Президента Российской Федерации для государственной
поддержки ведущих научных школ «Физико-химические основы
получения магнитоактивных материалов и пероксидных систем» НШ-
8503.2010.3 (2010);

грант РФФИ «Направленное формирование кристаллов 1D-, 2D- и 3D-многоцентровых систем с атомами меди, никеля и кобальта, включая магнитно-разбавленные щелочными металлами» № 11-03-00556 (2012);

грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ «Физико-химические основы получения магнитоактивных материалов» НШ-1670.2012.3 (2012). Основные результаты исследований по теме диссертации представлены в

12 печатных работах, 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук.

Структура и объем диссертации

Похожие диссертации на Матричный метод расчета магнитных характеристик иона кобальта

Аналитическое моделирование физических особенностей полупроводниковыхх структур при расчете основных характеристик быстродействующих полевых транзисторовКузнецов, Михаил Геннадьевич

Расчет энергетических характеристик гетероструктур и барьеров Шоттки, сформированных на политипах карбида кремнияПосредник Олеся Валерьевна

Расчет электродинамических характеристик многолучевых структур ускорителей тяжелых ионов методом интегральных уравнений Комаров Дмитрий Александрович

Зарядовые состояния 3d-ионов в наноструктурированных оксидах марганца, железа и кобальта, исследованные методами рентгеновской спектроскопииМесилов, Виталий Владимирович

Квазиполевые методы расчета характеристик преобразования и распространения поверхностных акустических волн в кристаллах и слоистых структурахСучков Дмитрий Сергеевич

Метод расчета характеристик распыления материалов первой стенки термоядерных плазменных установок Семёнов Дмитрий Сергеевич

Разработка алгоритмов и численных методов расчета характеристик акустических полей внутри кают пассажирских судов, модулей транспортных средств и инженерных сооружений Минин Роман Анатольевич

Методы расчета характеристик коронного разряда и процессов осаждения заряженных частиц применительно к электрографии Литвинов Виктор Евгеньевич

Аналитические методы расчета характеристик электромагнитных волн в периодических диэлектрических структурахВоловельский, Валерий Евгеньевич

Разработка метода расчета характеристик рассеяния звука на вытянутых телахТэтюхин, Михаил Юрьевич