Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры @ и начального расщепления @ парамагнитных центров

Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры @ и начального расщепления @ парамагнитных центров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ относится к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использован в научных исследованиях, а результаты - при конструировании устройств физической электроники, использукщих, кристаллы с парамагнитными центрами Целью изобретения является расширение области исследуемых материалов за счет кристаллов, в которых в имеющемся диапазоне полей и частот наблюдается один ЭПР-переход, и увеличение достоверности определения относительных знаков в случае, когда средние сверхтонкие интервалы разных ЭПР-переходов отличаются на величину порядка погрешности зкспе- ;римента.ЭПР-переход наблюдают в области пересечения уровней энергии, отличающихся по проекции электронного спина на 1 или 2, регистрируют частотную зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей верхних и нижних по магнитному полю сверхтонких компонент. Относительные знаки констант определяют по виду частотной зависимости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л с со 00 СП со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

5 А1

09) (И) (5)) 4 С Ol Я 24!10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3871011/31-25 (22) 25.03.85 (46) 28.02.87.Бюл. Е 8 (71) Уральский государственный университет им.А.М.Горького (72) В.А.Важенин, А.Д.Горлов и А.П.Потапов (53) 538.69.083 (088.8) (56) Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. М.: Мир, 1972 Т.l, гл.3, э 9-10.

Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов . М.: Мир, 1 972, -т.l, гл.3, В 8. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЗНАКОВ КОНСТАНТ СВЕРХТОНКОЙ

СТРУКТУРЫ (CTC) А И НАЧАЛЬНОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ Ъ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ (57) Способ относится к области анализа материалов. с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использован в. научных исследованиях, а результаты— при конструировании устройств физической электроники, использующих. кристаллы с парамагнитными центрами

Целью изобретения является расширение области исследуемых материалов за счет кристаллов, в которых в имеющемся диапазоне полей и частот наблюдается один ЭПР-переход, и увеличение достоверности определения относительных знаков в случае, когда средние сверхтонкие интервалы разных ЭПР-переходов отличаются на величину порядка погрешности экспе римента.ЭПР-переход наблюдают в области пересечения уровней энергии, отличающихся по проекции электронно- )

ro спина на 1 или 2, регистрируют частотную зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей верхних и нижних по магнитному полю сверхтонких компонент. Относительные знаки констант определяют по виду частотной зависимости.

1 звпе ф лыр 3 HJI °

597

1 1293

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в научных исследованиях при детальном изучении природы парамагнитных цент. ров (ПЦ) н диамагнитных кристаллах.

Являясь дефектами в твердом теле, ПЦ обуславливают многие физические. свойства кристаллов, используемых в устройствах физической электроники, в частности в квантовых парамагнитных усилителях и генераторах.

Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых материалов.и повышение достоверности определения.

На фиг.l изображена зависимость уровней энергии от величины магнитного поля для ПЦ, имеющего Б = 5/2 о

Ф

Е = 5/2, Ь с О и А О при направ- 0 лении магнитного поля Н, параллелью — 7 ного оси симметрии ПЦ (Н jl С),где

S — электронный спин ПЦ, Š— ядерный спин, А — константа сверхтонкой структуры (СТС), Ъ2 — константа начального расщепления; на фиг.2 — аналогичная зависимость для ПЦ с 8

5/2, I = 5/2, b сО, А> О и Н! С„ на фиг.3 — частотная зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей (значения цифрами приведены на кривых) компонент сверхтонкой структуры для перехода между энергетическими уровнями 3/2 1/2 + «

Мп в германате свинца при Н I) С . 35

Способ определения относительных ,знаков констант (СТС) А и начального

1О расщепления заключается в следующем. ! 40

Образец содержащий парамагнитные. центры, помещают в высокочастотное магнитное поле и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, параллельное оси симметрии 1Щ. Устанав- 45 ливают также частоту переменного поля и величину постоянного поля, чтобы наблюдать ЭПР-переход в районе, где один из уровней, между которыми происходит переход, пересекается с 50 третьим уровнем, отличающимся на

/6М/ = 2 при I ) 1/2 или на / ЬМ/=

1 при любом I поскольку. только н таких местах положение уровней энергии качественно зависит от относио тельных знаков А и Ь . Измеряют резонансные положения Н ре« и относительные интенсивности крайних СТС-компонент н диапазоне частот .+ AI так как только частотная зависимость в достаточном диапазоне позволяет обнаружить характерное поведение уровней энергии. Наносят на график частотную зависимость интенсивностей и

Н и по ней определяют относительные о знаки А и Ь, используя условие: есУ ли нижняя (верхняя) СТС-компонента между расходящимися уровнями или верхняя (нижняя) СТС-компонента между сходящимися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая

СТС вЂ компонен зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения то о

А и Ь одного -«нака (A и Ь разz 2 ного знака) .

При этом, когда наблюдают ЭПРпереход в районе пересечения уровней, отличающихся íà / ЛМ/= 2 при

I ) 1, регистрируют зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей двух нерхних и двух нижних СТС-компонент, что позволяет уменьшить диапазон исследуемых частот. О знаках констант судят по аналогичной зависимости для указанных компонент (фиг.l и 2).

П р .и м е р . Предлагаемый способ б ыл использован для определения относительных знаков констант СТС и начального расщепления иона Мп в кристалле РЬ Се Оп, который имее следующие параметры спинового гамильтониана: g = 2,00, Ъ2 — 8670 МГц, /А / = 245 МГц.

Измерения проведены на спектрометре РЭ1301 при температуре 296 К на образцах, выращенных методом Чохральского с примесью Nn О -0,02 моль2 ного 7. Резонансные магнитные поля (Н ) измеряли с помощью измерителя магнитной индукции LUl-l,.частоту микроволнового генератора определяли по Н р > сигнала ЭПР ДФПГ. Относительные интенсивности измеряли на экране осциллографа и нормировали по сигналу ДФПГ.

Образец помещали в СВЧ-резонатор, находящийся между полюсами. магнита, устанавливали частоту клистрона, равную 9,5 ГГц, что приблизительно на А 3 больше, чем частота перехода

1/2 - 3/2 (в районе пересечения уровней — 1/2 и 3/2 ) для иона с нулевым ядерным спином. Изменяя магнитное поле, наблюдали резонанс1293597 ные положения и относительные интен— сивности сверхтонких компонент перехода 1/2 3/2. Таким образом, с шагом 0,1 — 0,02 ГГц, была зарегистрирована частотная зависимость в диапазоне (9,5 — 8,9) ГГц,приведенная на фиг.3. На фиг.3 хорошо видно, что положение верхней по полю СТС-компоненты с частотой меняется линейно, а интенсивность не зависит от частоты, тогда как положение нижней СТС-компоненты с частотой меняется нелинейно, а интенсивность уменьшается при уменьшении частоты.

Поскольку переход 1/2 3/2 происходит между сходящимися уровнями, то используя приведенное условие, приходим к выводу, что знаки А о и b одинаковы. Следовательно, знак о

А, как и знак . Ь, отрицательный.

Для определения относительных о знаков А и ь можно было воспользо2 ваться поведением двух верхних и двух нижних СТС-компонент, за счет этого несколько уменьшив диапазон исследуемых частот (фиг.3).

20

Формула изобретения частот переменного поля, определяемых по заранее известной абсолютной о величине Ь, в которой один из электронных уровней энергии, между которыми происходит переход, имеет

1.Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры(СТС) А и начального рас1 о щепления Ь парамагнитных центров, находящихся в узлах кристалла с осевой симметрией, заключающийся в по- 35 мещении образца, содержащего парамагнитные центры, в высокочастотное магнитное поле и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, параллельное оси симметрии, наблюдении 40

СТС-компонент электронного перехода с помощью метода электронного парамагнитного резонанса при изменении величины постоянного поля или часто.— ты переменного поля, о т л и ч а ю- 45 шийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых материалов и повышения достоверности определения, наблюдают. СТС-компоненты в области значений магнитного поля и 50 пересечение с третьим уровнем, отличающимся Hà t Л М I = 2 при I > 1 /2 или на jgМ(= 1 при I g 0 .(И— проекция электронного спина, 1 ядерный спин, многократно регистри руют СТС-компоненты в диапазоне изменения частоты переменного поля А I, измеряя на каждой частоте ре— зонансные положения и относительные интенсивности верхней и нижней по магнитному полю СТС-компонент и по виду зависимости резонансных положений и относительных интенсивностей от частоты переменного магнитного поля судят о соотношении знаков констант, используя условие: если нижняя (верхняя) СТС-компонента между расходящимися уровнями или верхняя (нижняя ) СТС-компонента между сходящимися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения, то констачо ты А и b одного знака (разного знат ка).

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что наблюдения СТСкомпонент осуществляют в области магнитных полей и частот переменного поля, в которой один из уровней, между которыми происходит переход, имеет пересечение с третьим уровнем, отличающимся на /hN/ = 2 при Х ) 1, дополнительно измеряют на каждой частоте резонансные положения и относительные интенсивности еще одной верхней и одной нижней CTC-компонент и ло виду частотной зависимости всех измеренных компонент судят— о соотношении знаков констант, используя условие: если две нижние (верхние) СТС-компоненты между расходящимися уровнями или две верхние (нижние) СТС-компоненты между сходящимися уровнями имеют линейную частотную зависимость и неизменную ин-. тенсивность, а другие две СТС-компоненты зависят от частоты нелинейно, уменьшаясь по .интенсивности, вплоть до исчезновения, то константы А и Ь одного знака (разного о г знака) .!

293597 т М

-У/,Г„З/2

3/2

Ю/2

Е, ГГц

N т л

8 2 Л/Х

1/г 1/г щг

-sp i ГЛ,1 ф

/г

",7,2 Н, /

8,Мю

НреЗ, Кз

У,е 4rrz

Редактор А.Ревин

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,4

-5/2

- Ю/2

- 7/2

1/2

3/2

5/2

$/2

3/Л

l/2 1/Z

5/2

Составитель В.Майоршин

Техред Б.Кадар Корректор, М.Демчик

Заказ 378/47 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 г g/2

1/г э/г

Ф/г гг 1ф

Фг