Al2O3V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究.pdf

第56卷第4期200r7年4月 物理学报 1000-3290／2007／56(04)／2393-06ACTAPHYSICASINICA @2007 Chin．Phys．Soc． A1203：V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究* 魏 群1’2’ 杨子元2’’ 王参军2’ 许启明1’ 1)(西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安710055) 2)(宝鸡文理学院物理系，宝鸡721007) (2006年7月24日收到；2006年12月18日收到修改稿) 提出了解释掺杂离子局域结构畸变的配体平面移动模型，建立了此模型下晶体微观结构与自旋哈密顿参量之 问的定量关系．在考虑自旋与自旋、自旋与另一电子轨道和轨道与轨道作用等微小磁相互作用的基础上，采用全组 态完全对角化方法，对A1203晶体中矿+的局域结构和自旋哈密顿参量进行了系统的研究．结果表明，v3+掺入 A12q晶体后，上下配体氧平面间距离增大了O。0060llm．从而成功地解释了她q：V3+晶体的自旋哈密顿参量．在 此基础上，研究了三角晶场下3孑离子自旋哈密顿参量的微观起源．研究发现，自旋兰重态对自旋哈密顿参量的贡 献是主要的，微小磁相互作用对自旋哈密顿参量的贡献只与自旋三重态有关． 关键词：AI：03：V3+晶体，局域结构，自旋哈密顿参量，磁相互作用 PACC：7170C，7510D，7630F 量的一条有效途径．由于该方法在研究中考虑了掺 1．引 言 杂离子所有微观态对于基态SH参量的贡献，因此 这一方法为许多研究者所采用n“卜掩]，但前人的工 AI：O，晶体是重要的激光基质材料，该晶体掺入 作大多只考虑了自旋与轨道(sO)相互作用．最近， 人们对4A：(3d3)离子【l¨、5D(3d4，6)态离子[13’1蚰及 某些过渡金属离子(如：cr3+，Fe3+，Ti3+)表现出了 良好的激光特性．世界上第一台激光器——红宝石 激光器，就是在A120，晶体中掺入三价铬离子作用这一微小磁相互作用．一些作者的研究[21皿3除 了考虑sS微小磁相互作用外，同时也考虑了一电子 (舢：03：Cr'+)实现激射而产生固定波长的激光．正 因为掺杂A1：O，晶体具有良好的光学特性，所以无 的自旋与另一电子轨道(soo)之间的微小磁相互作 论在实验上还是在理论上都得到了国内外学者广泛 用．本文在考虑Ss和S00作用的基础上，进一步考 虑了轨道与轨道(oo)之间的微小磁相互作用，采用 的关注¨-1¨．在A1：0，基质晶体中，A13+处于C，(近 似C，，)点群对称晶场环境．当V3+掺入A1203晶体 配体平面移动模型，并利用SH理论和CDM，建立了 后，将替代基质晶体中的时+，而被位于畸变八面 此模型下晶体微观结构与SH参量之间的定量关 系，对AI：0，晶体中V3+的局域结构和sH参量进行 体顶点上的6个02一配体包围．由于掺杂V3+和A13+ 具有不同的半径、电负性、质量、电子云分布等原因， 了进一步的研究． 在V3+进入基质晶体后，会引起晶体局域结构的畸 2．理论基础 变．人们在对A1，0，：M1-14+，A1203：Fe3+等晶体的研究 发现幢’4】，白旋哈密顿(sH)参量随晶格结构的微变 非常敏感n卜¨]．因此，通过对晶体sH参量的研究就 可以获得晶格结构畸变、晶体相变及高压行为等大 在实际研究中往往可以作c，。近似处刮2‘．为了研 量微观信息．完全对角