Исследование сверхтонкой структуры в оптических спектрах LiVF4-Ho3+ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Агладзе, Николай Игоревич

• Агладзе, Николай Игоревич
• кандидат наук
• 1991

Оглавление диссертации кандидат наук Агладзе, Николай Игоревич

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

§1. Фурье-спектрометр УФС-02

§2. Фурье-спектрометр оаз.ввг фирмы вомеп

щ §3. Криогенное оборудование •

I

Глава 2. СВЕРХТОНКАЯ СТРУКТУРА В ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРАХ КРИСТАЛЛА

1лур -но3+

4

§1. Кристаллическое поле и симметрия состояний

§2. Гамильтониан сверхтонких взаимодействий и СТС штарковских

уровней

§3. СТС оптических переходов

§4. Запрещенные переходы и их сверхтонкая структура

§5. Изотопическая структура

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕРХТОНКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

§1. Расчет волновых функций штарковских состояний

§2. Вычисление сверхтонкой структуры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

%

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ. Расчетные значения энергий сверхтонких подуровней и их

идентификация

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование сверхтонкой структуры в оптических спектрах LiVF4-Ho3+»

ВВЕДЕНИЕ

Исследования сверхтонкой структуры примесных центров в твердом теле позволяют получать уникальную информацию об их структуре и характере взаимодействия с лигандами. В настоящее время такие исследования выполняется методами микроволновой спектроскопии для основного и иногда ближайшего возбужденного состояний редкоземельных ионов. Также имеется ряд работ 128] по исследованию сверхтонкой структуры возведенных состояний редкоземельных примесных центров с использованием различных методов лазерной спектроскопии, в тем числе методов, позволяющих снимать ограничения, обусловленные неоднородной шириной переходов. Однако, эти методы позволяют получать информацию опять-таки лишь для одного - двух нижних штарковских состояний. До сих пор было известно лишь три примера кристаллов с редкоземельными ионами, в которых неоднородная ширина оптических переходов была достаточна мала, чтобы могла наблодаться их сверхтонкая структура 1281. В результате целенаправленного поиска новых примеров такого рода в рамках выполнения настоящей работы удалось обнаружить хорошо разрешенное» СТС в оптических спектрах кристалла [лу^-Но3*. Прогресс спектральной техники как в мире, так и у нас в стране сделал возможным измерение спектров с разрешением несколько тысячных долей обратного сантиметра в интервале в сотни волновых чисел. Именно, наличие в Институте спектроскопии АН СССР фурье-спектрометра УФС-02 производства ЦКБ УП АН СССР, а в дальнейшем и фурье-спектрометра о«з.0®2 производства канадской фирмы вомем позволило поставить следующие задачи.

1. Провести измерения спектров высокого разрешения кристаллов иуя -Но3* с целью исследования обнар^'енной сверхтонкой структуры оптических переходов.

2. Определить параметры сверхтонкой структуры и провести полную идентифика-

цию наблюдаемых сверхтонких переходов.

3. Объяснить встретившиеся аномалии как в СТС, так и в структуре самих сверхтонких компонент.

4. Произвести полный расчет СТС переходов вплоть до получения модельного спектра на ЭВМ с целью наиболее полного количественного объяснения существующих аномалий СТС

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.

Первая глава посвящена характеристике использованного экспериментального оборудования, в том числе рассмотрены особенности фурье-спектрометра УФС-02 производства ЦКБ УП АН СССР, фурье-спектрометра Ой3.002 канадской фирмы 80ИЕМ, а также использованных трех типов криостатов.

Вторая глава посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям сверхтонкой структуры в кристалле 1лУР4-Ноэ+. Приведен полшй теоретико-групповой анализ как штарковских состояний, так и сверхтонких подуровней, причем не только в рамках точной локальной группы но и с привлечением приближенной группы симметрии Проанализирована измеренная сверхтонкая структура спектров, для всех переходов с разрешенной СТС приведены их параметры. Приводятся данные, доказывающие определяющую роль различных изотопов лития при их расположении в ближней координационной сфере в происхождении впервые обнаруженной структуры сверхтонких компонент,

В третьей главе излагается методика построения модели сверхтонких взаимодействий, процедура получения модельных спектров, с помощью которых проанализированы экспериментально наблюдавшиеся СТС оптических переходов.

В заключении кратко перечислены основные выводы и результаты диссертационной работы.

Научная новизна

I. Впервые обнаружена СТС в оптических спектрах кристалла ЬхУР4-Но3+, что также является первым примером разрешенной СТС не в одной, а в целой группе спектральных линий в нескольких мультиплетах, уточнено значение

параметра линейной СТС основного состояния.

2. Впервые наблюдались оптические переходы, запрет по симметрии на которые снимался благодаря сверхтонким взаимодействиям.

3. Благодаря выполненным расчетам СТС в рамках теории кристаллического поля, LS-сеязи с учетом J-смешивания полностью проидентифицированы все сверхтонкие переходы и объяснены все особенности СТС в пределах терма 51.

4. Впервые обнаружена изотопическая структура в электронном спектре примесного центра, обусловленная изотопами лигандов.

5. Все эти результаты, а в особенности пункт 4 оказались возможшми благодаря впервые обнаруженной рекордно узкой для твердого тела неоднородной ширине спектральных линий - до 0.008 см-1.

Практическая ценность

Исследования физики редкоземельного примесного центра, а тем более в таком важном с точки зрения практических лазерных применений кристалле, как LiYF , имеют как общенаучную, так и чисто практическую ценность, позволяя целенаправленно, исходя из определенных благодаря таким исследованиям характеристик (неоднородное уширение, сверхтонкие расщепления уровней, волновые фкнкции состояний и т.д.) оптимизировать параметры лазерных кристаллов.

Личный вклад автора за к.точалея в участии в постановке задач исследования, в самостоятельной работе на экспериментальном оборудовании, участии в интерпретации полученных результатов, в самостоятельном проведении всех модельных расчетов.

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на:

VIII Всесоюзном феофиловском симпозиуме по спектроскопии кристаллов,

активированных ионами редкоземельных и переходных металлов, Свердловск, 1985 г.j

IX Всесоюзном феофиловском симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов, Ленинград, 1990 г.;

VII международной конференции по фурье-спектросколии, США, 1989 г.j I международной школе по возбужденным состояниям переходных

элементов, Польша, 1988 г.;

VIII республиканской школе по спектроскопии молекул и кристаллов, г. Полтава, 1987 г.;

Общемосковском семинаре по физике и спектроскопии лазерных кристаллов;

семинаре Института спектроскопии АН СССР.

Публикации, основные результаты диссертационной работы опубликованы работах /1-3,26,27,29/.

Глава I ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

§1. Фурье-спектрометр УФС-02.

Настоящая диссертационная работа была выполнена с использованием двух фурье-спектрометров - советского производства УФС-02 и канадского QR3.WZ фирмы ВОМЕН.

Фурье-спектрометр УФС-02 был изготовлен в ЦКБ УП НТО АН СССР и вступил в строй в Институте спектроскопии АН СССР в июне 1983 г. Согласно с231, УФС-02 обладает следующими характеристиками: рабочая область - 1-25 мкм, спектральное разрешение - 0.005 см-1, точность по волновым числам - 0.0005

_т см *.

Характерным для фурье-спектрометра вообще является наличие в нал двух равноправных функциональных частей - измерительной подсистэиы и регистрирующей подсистемы - ЭВМ с соответствии^ программным обеспечением. Основанием для подобного деления является как различие функций, так и возможность раздельной оптимизации параметров при проектировании. Задачей измерительной части является преобразование исследуемого излучения в оцифрованную интер-ферограмму. Задачей же ЭВМ наряду с преобразованием интерферограмш в спектр и операциями со спектрами является расчет и задание рабочих параметров, управляющих работой измерительной подсистемы, исходя из условий осуществляемого эксперимента. Такое выделение функций определяет составное части подсистем. К измерительной подсистеме относятся: источники излучения, собственно интерферометр с устройствами измерения разности хода, кюветное отделение с возможностью установки различных приставок и приборов (например, криостатов), приемники излучения с предусилителями, программируемый усилитель, аналого-цифровой преобразователь, управляемый устройствами изме-

рения разности хода, программируемые цифровые фильтры, позволяющие редуцировать входную информацию в соответствии с выбранным спектральным диапазоном. Регистрирующую подсистему составляют ЭВМ и программное обеспечение, осуществляющее расчет рабочих параметров, управление исполнительными элементами, накопление поступающей цифровой информации, дискретное преобразование Фурье интерферограммы в спектр, комплексную обработку и вывод на внешние устройства спектральной информации.

Разработчики фурье-спектрометра УФС-02 исходили из подразделения его на оптико-механическуо часть и систему управления и обработки спектральной информации (СУ0СИ-02), в сущности довольно искусственно выделяя электронную часть. Оптическая схема спектрометра представлена на рисЛ. Конструктивно спектрометр разделен на три раздельно вакуумируемых блока: блок источников излучения и предварительного монохроматора, блок интерферометра, блок оптического распределителя.

В первом блоке размещаются: три охлаждаемых водой полых стакана для установки источников излучения (в настоящей работе использовалась в качестве источника излучения галогенная лампа накаливания КГМ мощностью 150 Ватт); поворотное зеркало для выбора источника с выведенной из корпуса рукояткой управления; предварительный призменный монохроматор, выполненный по автоколлимационной схеме Уолша, со сменной призмой (имеются призмы из стекла Ф-1, кварца КИ, квг), входная диафрагма - раздвижная щель с выведенной наружу рукояткой управления, выходная диафрагма - дискретный набор круглых отверстий на вращающемся диске от 0.25 до 6 мм; коллиматор - внеосевой параболоид с фокусным расстоянием 270 мм. Диаметр параллельного пучка, формируемого коллиматором, составляет 30 мм.

В блоке интерферометра коллимированный пучок разделяется на передней поверхности светоделителя, покрытой оптимизирующей пленкой. Материал покрытия выбран с целью получения максимальной эффективности, т.е. равенства интенсивности прошедшего и отраженного света. Отраженный пучок направляется

ч

1 I

IN I

3

?

Рис. I. Оптическая схема фурье-спектрометра УФС-02.

I - предварительный монохроматор; 2 - интерферометр; 3 - оптический распределитель; 4 - газовая кювета; 5 - криостат; 6 - приемник.

через неподвижный ретрорефлектор "кошачий глаз" на вторую половину светоделителя, выполняющую'роль компенсатора 130], проходит через него и после отражения от плоского зеркала идет в обратном направлении. Прошедший же пучок идет на ретрорефлектор "кошачий глаз", установленный на подвижной каретке, перемещающейся по оптическому рельсу от скамьи ОСК-2. Затем пучок отражается от неподвижного плоского зеркала и, идя в обратном направлении, встречается с отраженным лучком на светоделительном покрытии. После вторичного отражения образуются интерферирующие пучки, распространяющиеся в направлении коллиматора и в направлении, противоположном первоначальному отражению. Интерферирующий пучок, промодулированный поступательным движением отражателя (режим "быстрого сканирования"), затем направляется в оптический распределитель.

Для измерения разности хода в интерферометре используется излучение одномодового гелий-неонового лазера, расположенного в атмосфере на боковой стенке корпуса интерферометра."Излучение лазера после коллиматора и линейного поляризатора направляется через окно в интерферометр и проходит тот же путь, что описан выше, однако лазерный пучок проходит на 3 сантиметра ниже.

Интерферирующий пучок после интерферометра направляется через окно и разде-

*

ляется на два пучка, попадающих каждый на свой ФЗУ, пройдя через взаимно перпендикулярно сориентированные линейные поляризаторы. Благодаря присутствий в одном из плеч интерферометра пластинки а/8 между сигналами на выходе ФЗУ создается разность фаз я/2, необходимая для формирования с помощью компараторов реперах импульсов, следующих с частотой а/8 гелий-неонового лазера по разности хода в плечах интерферометра.

Наряду с лазерным каналом в интерферометре присутствует также канал белого света, сигнализирующий о прохождении нулевой разности хода. В качестве такого сигнала используется дельта-образная интерферограмма, получаемая при пропускании через интерферометр широкого спектра излучения галогенной лампочки накаливания. Как сама лампочка в охлаждаемом водой кожухе и линзо-

вый коллиматор, так и приемник излучения канала белого света расположены внутри блока интерферометра. Коллимированный пучок канала белого света про ходит на 3 сантиметрф выше инфракрасного пучка. Сигнал нулевой разности хо да используется при накоплении интерферограш лишь один раз. В дальнейшем контроль за разностью хода осуществляется с помощью реверсивного счета ре-перных импульсов лазерного канала.

Необходимо отметить, что использование в интерферометре ретрорефлекто-ров "кошачий глаз" позволило существенно снизить требования к механизму перемещения отражателя - простая конструкция с использованием обычных шариковых подшипников и приводом непосредственно на каретке позволила теть достаточно качественные и надежные результаты.

В оптическом распределителе пучок может направляться с помощью двух поворотных зеркал либо через многоходовое газовую кювету, либо через оптический гелиевый криостат с формированием промежуточного фокуса в месте расположения образца. Далее прошедшее через многоходовую газовую кювету или криостат излучение фокусируется на приемник. В настоящей работе использовались фотосопротивление из рьб при комнатной температуре, кремниевые и германиевые фотодиоды, охлаждаемые до температуры »-20вС с помощью микроохладителя на термоэлектрическом эффекте ТЗМО-6 , а также охлаждаемые жидким азотом фотодиоды из антимонида индия . Фототок преобразовывался в напряжение с помощью предусилителя с питанием от батареек. Затем аналоговый сигнал усиливался и фильтровался с использованием усилителя 232В польской фирмы ш1раы и поступал на вход АЦП, управляемого реперными импульсами лазерного канала. Разрядность АЦП - 15 разрядов, включая знаковый разряд, причем собственный шум составлял 3-4 разряда. Однако можно легко убедиться, что для регистрации спектра пропускания в диапазоне 1000 см"1 (типичная величина с применением предварительного монохроматора) с разрешением я 0.01

-I -5

см требуется измерение сигналов на уровне Ш от максимальной величины,

что соответствует 16-1? двоичным разрядам. Недостаточную разрядность АЦП

удалось преодолеть с использованием в данной работе программируемого усилителя с переменным коэффициентом усиления. Дальнейшая обработка поступающей информации осуществлялась двумя программируемыми цифровыми фильтрами с. учетом априорной информации о граничных частотах спектра. В результате объем информации, пересылаемой в ЭВМ СМ-3 уменьшался почти в сто раз.

Программное обеспечение, входящее в состав СУ0СИ-02, осуществляло на ЭВМ СМ-3 следующие функции: расчет рабочих параметров для системы управления исходя из заданного спектрального диапазона.и разрешения; обмен управлявшей информацией с системой управления, пересылка поступающих интерферо-грамм в оперативную память и на магнитный диск; преобразование интерферо-граммы программами численной фильтрации и получение спектра с помощью дискретного преобразования Фурье; различная обработка полученных спектров и ведение библиотеки на магнитном диске.

В настоящее время создана новая система управления и регистрации спектров на основе стандарта КАМАК и персональной ЭВМ IBM PC/AT. Главными ее особенностями являются активная стабилизация скорости перемещения отражателя и возможность осуществления фурье-преобразования интерферограмм практически неограниченного размера, определяемого емкостью диска ЭВМ.

§z. Фурье-спектрометр da3.00z фирмы вомем.

В фурье-спектрометрах фирмы вомем серий шз и DA8 крайне изящно решены

многие проблемы, с которыми традиционно сталкиваются разработчики. Прежде

всего необходимо отметить устройство динамической юстировки, позволившее

не только использовать обычные плоские зеркала в интерферометре и простой

é

механизм перемещения подвижного отражателя на шарикоподшипниках, но и сделавшее операцию замены светоделителя тривиальным занятием, не требующим никакой дополнительной юстировки. Точность поддержания параллельности зеркал

_ с

в интерферометре*составляет 10 радиана г 311, что позволяет уверенно рабо-

тать даже в ультрафиолетовом диапазоне до 50000 см-1. Находкой является также и вертикальное расположение направляющих подвижного отражателя. Это не только делает прибор компактным, облегчает работу на нескольких зкспери ментальных установках, располагаемых вокруг спектрометра, но и существенно уменьшает вредное влияние вибраций. Дело в том, что в горизонтальной геометрии вибрации (которые неправлены преимущественно вдоль вертикали) изгибают интерферометр, модулируя интерферограмму, а в вертикальной геометрии вибрации лишь модулируют скорость движения подвижного отражателя, что обыч но не существенно в режиме "быстрого сканирования".

Фурье-спектрометры фирмы ВОМЕМ естественна образом подразделяются на измерительную и регистрирующую подсистемы. Автоматизированы почти все операции с прибором, работой исполнительных элементов управляет встроенный микропроцессор, что делает невозможным разделение оптико-механической и электронной части спектрометра. В сущности, частью измерительной подсистемы является векторный процессор, выполняющий функции цифрового фильтра § реальном времени в процессе накопления интерферограмм, однако он используется также для выполнения дискретного преобразования Фурье.

В процессе выполнения данной работы использовалась комплектация спектрометра для регистрации спектров пропускания в ближней инфракрасной и видимой области спектра. Источник излучения - галогенная лампа накаливания, светоделитель - кварцевый, приемники излучения - охлаждаемый жидким азотом фотодиод из антимонида индия и кремниевый фотодиод при комнатной температуре. .

§3. Криогенное оборудование.

Вследствие значительного температурного уширения линий поглощения редкоземельных ионов в кристаллах в данной работе необходимо было использование гелиевых температур. Использовались три криостата - один производства

СКТБ в Киеве, второй - производства ФТЙНТ в Харькове, третий - производства английской фирмы Oxford Instrumente.

Криостат производства СКТБ использовался при работе на фурье-спектрометре УФС-02. Корпус криостата - медный, холодные окна из кварцевого стекла марки КИ вклеены в тонкостенные медные манжеты, наружные окна изготовлены также из КИ. Наличие отдельной рабочей камеры, соединенной капилляром с емкостью, наполненной жидким гелием, позволяет устанавливать на образце температуру в широких пределах - от 4.2 К до комнатной, регулируемуо краном на входе капилляра и нагревателем вдоль него. Измерение температуры осуществлялось с помощью термопары медь - медь с железам, реперный спай которой погружался в смесь воды со льдом, а измерительный спай вводился в рабочую камеру и располагался непосредственно возле образца. Термо-эдс измерялась с помощью прецизионного компаратора Р-3003, который служил также и для стабилизации температуры, выдавая сигнал рассогласования между фактической температурой и заданной с помощью переключателей Р-3003. Точность измерения абсолютной температуры составляла лучше 0.5 К, стабилизации -iO.05 К.

Для получения температур ниже 1-точки при работе на фурье-спектрометре DA3.W2 применялся заливной криостат производства ФТИНТ. Корпус изготовлен из нержавеющей стали за исключением азотного экрана - он сделан из меди. Холодные окна из кварца КИ запаяны в тонкостенные манжеты из нержавеющей стали, нар^ные окна - также из КИ. Температура в криостате определялась по давлению насыщенных паров гелия и при откачке со скоростью I литр в секунду составляла !.6 - 1.8 К. Время работы криостата превышало 6 часов. Образец укреплялся на подставке, опускаемой на дно с помощью нити. Использовался также прокачной криостат фирмы Oxford Instrunents марки CF-IZ04. Конструкция с изолированным рабочим объемом и теплообменником позволяет избавиться от пузырей при работе от 4.2 К до Д-точки. Теплообменник изготовлен из меди, к нему припаяна головка из нержавеющей стали с пятью сменными холод-

ньми окнами. Конструкция иеиного холодного окна представляет собой фланец из нержавеющей стали с выточенной тонкостенной манжетой, в которую вклеено само окно. Фланец привинчивается к ответной части на криостате с использованием индиевого уплотнения. Принцип работы криостата следующий. Под воздействием разрежения, создаваемого безмасляным мембранным насосом, жидкий гелий из транспортного дыоара поступает в центральна трубку многослойной переливалки. Пройдя затем через теплообменник, газообразный гелий идет по сильфону в многослойной переливалке, обеспечивая низкотемпературное окружение для вновь поступающего жидкого гелия. Пройдя через насос, гелий проходит через измеритель расхода гелия и выпускается в гелиевую сеть. Температура в криостате задается и поддерживается с точностью ±0.1 К температурным контроллером ITC-4. Датчик температуры (родий-железный терморезистор) крепится к теплообменнику. В настоящей работе использовались сапфировые холодные окна и наружные окна из кварца КИ.

Измерялись линейно поляризованные спектры пропускания, из которых с использованием искусственного спектра пропускания эталона вычислялись спектры поглощения. Вследствие деполяризации излучения холодными окнами предпочтительном является размещение поляризатора непосредственно в криостате. Это возможно при использовании пленочных поляризаторов на основе металлизированного лавсана - этот способ применялся при регистрации поляризованных спектров в районе двух микрон.

Вся работа с полученными спектрами поглощения осуществлялась на персональной ЭВМ IBM PC/AT, куда спектры пересылались с помощью компьютерной • связи и перекодировывались из формата DEC в формат IBM специально написанной для этой цели программой. Для работы со сложными перекрывающимися контурами была написана программа, позволяющая подгонять контура в графическом Интерактивном режиме. Все написанные программы обработки и вывода спектров являются частью усовершенствованной системы управления и обработки фурье-спектрометра УФС-02.

Г- л а в а II СВЕРХТОНКАЯ СТУКТУРА В ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРАМ КРИСТАЛЛА 1ЛУР-Но3+

4

§1. Кристаллическое поле и симметрия состояний.

Основой для спектроскопического изучения сверхтонкой структуры в оптических спектрах редкоземельных ионов в кристаллах является подход в рамках теории кристаллического поля. Энергия взаимодействия электронов *-оболочки с кристаллическим пола* составляет величину я 100 см-1, что существенно меньше энергии спин-орбитальной связи и корреляционной энергии. Вследствие этого полный момент количества движения уровня свободного иона J остается приблизительно "хорошим" квантовым числом и штарковские расщепления можно рассчитывать, пользуясь теорией возмущений.

В рамках электростатической модели потенциал У(гА), действующий на 1-ый электрон г-оболочки представляется в виде £93:

*Лг. )» У а|ЧгпУ|\в, ,ф. ) < 1 )

1 «• П 1 П I 1

п,п

где г В., » - координаты 1-го электрона, - сферические функции,

а" - коэффициенты разложения. Отсюда получается энергия взаимодействия 4г-электронов с кристаллическим полай:

Н - у -еУ<г. )- у У А"гпуи<в. ) <2>

с г г 1 4* ** П 1 П 11

1 х п.т

где А = -еа .

п п

При вычислении матричных элементов на волновых функциях 4^электронов можно не принимать во внимание слагаемые в (2) с нечетными п, а также ограничиться для п значениями не более 6 с93. Отбрасывая несущественный член с

п = о, дающий одинаковый сдвиг для всех уровней энергии, получаем гамильтониан с максимально возможным числом параметров - 27, При этом учтено условие а™ = а~м*5 вытекающее из вещественности потенциала.

г. п

Радиальная часть волновой функции 4f-конфигурации, представляющая собой произведение

n

F<r,.....rN>=nfni(ri> <3>

i-1

где - радиальная хартри-фоковская волновая функция отдельного элек-

трона, с трудам поддается расчету, а потому имеет смысл ее параметризовать, учтя в самом гамильтониане:

n - <f|h|f> = т т an<f ,<г. )|rn|f ,(г. )>у"<8. ) -11 r^nnli't' nil n i

1 п,в

= T TftWie.,».) (4)

n n 1 1

i n,n

Среднее значение <гп> обычно включают в соответствуощие параметры кристаллического поля:

8й = а\гп> < 5 )

п п

и (4) принимает вид:

и = ту ВЯ¥И(в.) (6)

г п п 1' 1

1 П ,14

Дальнейшее уменьшение числа параметров в гамильтониане кристаллического поля возможно при учете конкретной симметрии примесного центра, В кристалле имеющем пространственную группу симметрии с®^, ионы Но3* замещают ионы У3*, расположенные в позициях с локальной симметрией б4 [25]. Спроектируем исходный гамильтониан (6) на полносимметричное представление группы 54 с 151. Проекционный оператор имеет вид:

*

4

Р<Г,) = 7< т< б , ) + Т<С_) + Т<5,> + т( е )) (7)

14 4 2 4

где т<5^) - оператор преобразования, индуцированного элементом группы Применяя (7) к (6), получаем:

Ж > 39

Не - Р(Г, )« - 7 У У Впу"<8. ,«р Не*п2 + е1"14* + е*п~2 + 1 > <8) 5. 1 4 г п п 1' 1 4 1 п,и

Последнее выражение в круглых скобках отлично от нуля только при п = 4р, где р - целое. (Здесь учтено, что ось квантования направлена по кристаллографической оси). Таким образом, в группе гамильтониан принимает вид:

"з ~ X [ I ВпУп<01.»1> + I ИЪВ^В >со.«р -Ь4 1 («-2.4,6 " П 1 1 п=4,6 1 1

- 1мВ4Пв. )вШ4«4)1 - У Г У В0У0<В.,#.

" * " 1 Г 1^2,4,6 ПП 11

+ У |В4| Ив. >соя(» + 4ф. >1

п' х тп 1 I п»4,В *

. ) +

(Э)

Где « = агс1д<1пВ4/ ЯеВ4). При повороте вокруг ОСИ г на угол б - * /4 В (9) п п п п

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Агладзе, Николай Игоревич, 1991 год

Литература

1. N.I.ftgladze, M.N.Popova. Hyperfine structure in optical spectra of LiYF^-Ho. Solid State Communications, 1385, v.§§t, №12, p.1037-1100.

2. Н.И.Агладзе, Е.А.Виноградов, М.Н.Попова. Проявления квадрупольного сверхтонкого взаимодействия и взаимодействия между уровней в оптическом спектре кристалла liyf4-Ho. ЖЗТФ, 1986, т.Ш, №4, с. I2I0-I2Ï8.

3. Н.И.Агладзе, Е.А.Виноградов, М.Н.Попова. Эффект заимствования интенсивности в оптическом спектре кристалла LiYF^-Ho. Оптика и спектроскопия, 1986, т.61_, №1, с. 3-5.

4. Ш.Н.Гифейсман, А.М.Ткачук, В.В.Признак. Оптические спектры иона Но3+ в кристалле LiYF^, Оптика и спектроскопия, 1978, т.44, №1, с.I20-I26.

5. N.Karayianis, D.E.Wortnan, H.P.Jenesen. Analysis of the optical spec-

3+

trum of Ho in LiYF,. Journ. Phys. Chen. Solide, 1976, v.32, J€7,

4

р.675-Б82.

6. и.г.подколзина, А.М.Ткачук, В.А.Федоров, П.П.Феофилов. Многочастотная генерация вынужденного излучения иона Но3+ в кристаллах LiYF4- Оптика и спектроскопия, 1976, т.40, №1, с.196-199.

7. А.М.Ткачук, М.В.Петров, А.В.Хилько. Внутрицентровые спонтанные и вынужденные переходы и межцентровое взаимодействие в кристаллах двойных фторидов, активированных редкоземельными ионами. В сборнике: "Спектроскопия кристаллов", "Наука", Л.,1983, с.96-123.

8. А;М.Ткачук. Спектральные и лазерные свойства концентрированных редко- • земельных кристаллов. Соединения празеодима, гольмия и эрбия. В сбор- • нике: "Спектроскопия кристаллов", "Наука", Л., Î985, с.42-59.

9. G.H.Dicke. Spectra and Energy Levels of Rare Earth ions in crystals. Interscience Publishers, 1968, J.Willey.

в магнитоупорядоченных кристаллах. "Наука", М. , 1985, 294 с.

11. Дж.Эллиот, П.Добер. Симметрия в физике, т. I, "Мир", м., 1983, 364 с.

12. C.W.Nielson, G.F.Roster. Spectroscopic coefficients for p", d" and f" configurations. Cambridge (Mass.), M.I.T. Press, 1963.

13. М.В.Еремин. Теория кристаллического поля в диэлектриках. В сборнике: "Спектроскопия кристаллов", "Наука", Л., 1989, с.30-44.

14. М.В.Еремин. Влияние процессов переноса заряда на электронную структуру центров с незаполненными d- и f-оболочками. Оптика и спектроскопия, 1990, т. 68, №.4, с. 860-865.

15. D.St.P.Bunbury, C.Carbony, d.fl.H.Mccausland. Field dependence of the hyperfine splitting of holniun in holniun hydroxide. J. Phys. Condens. Matter, 1989, v.i, №7, p.1309-l3Z7.

16. C.A.Morrison and R.P.Leavitt. Handbook on the Physics and Chenistry of Rare Earths, v.5, Ed. K.A.Gschneider and L.EyrinQ, North-Holland Publ. Co., 198Z, p.461.

17. C.K.Jayasankar, M.F.Reid, F.S.Richardson. Conperative crystal-field

N 3+

analyses of 4f energy levels in LiYFd:Ln systems. Phys. stat. solidi

B, 1989, v.155, №Z, p.559-569.

18. P.E.Hansen, R.Nevald. Transferred hyperfine interaction at 295 К between RE3+ and F~ and Li+ nuclei in LiREF,. Phys. Rev. B, v.JLS, №1, p.146-153.

19. P.G.H.Sandars, J.Beck. Relativistic effects in many electron hyperfine structure. I Theory. Proc. Roy. Soc,, 1965, v.A289, p.97-107.

20. J.Magarino and J.Tuchlendler, J.P.D'Haenens, A.Linz. Subnillineter resonance spectroscopy of Ho^+ in lithium yttrium fluoride. Phys. Rev. B, 1976, v.JJ, №7, p. 2805-2808.

21. J.Magarino, J.Tuchlender, P.Beauvillain and I.Laursen. EPR experiments in LiTbF , LiHoF and LiErF at submillimeter frequencies. Phys. Rev. B,

А A A

1980, v.21, №1, p.18-28.

22. А.Абрагам, Б.Блини. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. "Мир", м., 196?.

23. А.А.Балашов, В.С.Букреев, В.А.Вагин, В.Н.Дроздов, Н.Г.Культепин. Комплекс фурье-спектрометра высокого разрешения УФС-02.ГГГЗ, 1983, t£3.,., с.239.

24. K.K.Sharma and L.E.Erickson. Observaiion of nuclear spin-spin structure in zero and lou external static magnetic field. Phys. Rev. B, 1381, v.23. №t, p.69-74.

25. Uishuamittar and S.P.Puri. Interpretation of the crystal-field parameters in a rare-earth substituted LiYF crystal. J.Phys.Cs Solid State Phys., 1974, v. 7, №7, p.1337-1343.

26. N.I.flgladze, M.N.Popova, S.N.Zhizhin, V.J.Egorov, M.fl.Petrova, Isotope structure in optical spectra of LiYF^-Ho^*. Phys. Rev. Lett., 1991, v.gg, №4, p.477-480.

27. Н.И.Агладзе, Е.А.Виноградов, М.Н.Попова. Исследование сверхтонких взаимодействий в кристалле uyf4-Ho. Препиринт ИСАИ №9, 1986 г., 51 стр.

28. R.h.Macfarlane and R.h.Shelby. Coherent transient and holeburning spectroscopy of rare earth ions in solids. В книге: Modern problems in condensed matter sciences, Spectroscopy of solids containing rare earth ions y.Zl p.51-184, 1987, North-Holland Physics Publishing, The Netherlands

29. И.И.Агладзе. Реализация метода расчетов по теории кристаллического поля на ЭВМ СМ-3. Препринт ИСАИ №7, 1986 г. , 33 Ьтр.

30. В.С.Букреев, В.А.Вагин, Г.Н.Жижин. Интерферометр с высокой степенью компенсации фазовых искажений в светоделителе. Изобретение №1975909. Опубликовано в Бюллетене изобретений №12. Авторское свидетельство

№508665, 1376.

31. F.L.Baudais, H.Buijs. Electronic Fourier transform spectroscopy..Amer can Laboratory, February 1985.

32. B.Burghardt, S.Buttgenbach, N.Glaeser, R.Hmrzar, S.Meisel, F.Traber.

x.65

Hyperfine Structure Measurements in Metastable States of Ho. Z.Phys.fi - Atoms and Nuclei, 1982, v.307. p.193-200.

33. J.F.Uyart, P.Camus. Etude du spectre de l'holmium atomique. Physica C 1978, V.93Ç. p.227-236.

3+

34. K.Rajnak, W.F.Krupke. Energy Levels of Ho in LaCl3- J.Chem.Phys. 1967, v.4g, №9, p.3532-354Z.

*