Введение к работе
Актуальность темы диссертации определяется важностью обгок тов исследования - кристаллов с редкоземельными ионами - для на уки и практики и принципиально новими возможностями в их исследовании, которые сулит примононио метода фурьо-споктроскопии високого разрешения.
Кристаллы с РЗ ионами применяются или могут применяться в качестве люминофоров, активних сред для лазеров, визуализяторов ПК излучения, узкополосннх фильтров, отсокпицих расооянноо лазерное излучение, для покрытия больших телевизионных экранов, в магнитооптических элементах, в элементах памяти, в новых высокотемпературных сворхроводниках. Они служат модельными системами для изучения кристаллического поля, электрон-фононного взаимодействия, можиошшх, сверхто'пгах взаимодействий, процессов перо-дачи анергии, для поиска новых эффектов.
Оптические перехода в редкоземельных ионах - это переходы внутри 4Г-оболочки, заэкранированной заполненными 5р- и 6з -оболочками. Из-за экранирования мало влияние кристаллического окружения: внутрииошшо взаимодействия гораздо сильнее взаимодействий с кристаллическим полем, спектр редкоземельного иона сохраняет индивидуальный характер и в твердом теле, а споктралышо линии остаются узкими. Спектры РЗ ионов, соответствующие Г-Г переходам, как правило, исключительно богатые и простіфяютсл от инфракрасной до ультрафиолетовой, областой. Протяженность одного спектрального мультиплота - несколько сотен обратных сантиметров, при пт< і ширины линий могут быть моньше, чем 0.01 см"1 и, следовательно, число спектральных элементов в изучаемом споктро М > Ю4. Если учесть, что мультиплексный выигрыш во времени записи для фурьо-спектрометра по сравнению со сканирующим составляет М раз ( в Ж области, при одинаковых отиошеїшях сигнал/шум в спектрах), а выигрыш из-за большей светосилы еще ~ 200 раз, то становится ясным, что примонеігло фурьо-спектроскопии обоїцает принципиально новые возможности в исследованиях с высоким разрешением редкоземельные ионов is кристаллах. К этому надо еще добавить высокую абсолютную точность определения волновых чисел во всей спектральной области, свойственную фурьо -споктроскопии, что позволяет исходить точные іти:':кения итарковских подуровней, определять мялне r-дииги линий гюд і:.;:иян,і."м пмгиігпшх воздействий.
Це.;:;. р.-Лты aiuuvr; )":;: ".-і-м-гоЯ метод:і J/рье-
спектроскопии и проведение исследований, демонстрирующих его эффективность в изучении кристаллов с редкоземельными ионами. Научная ноиизна и результаты. пыносимыо на защиту,:
-
Впервые получена общая формула для шумов в фурье-снектросконии, зависящих от интенсивности источника излучения. Проанализирован вклад соОственно фотоішого шума и шума из-зи флуктуации интенсивности источника при регистрации спектров различных типов в зависимости от разрешения.
-
Обнаружена сверхтонкая структура (СТС) в оптическом спектре актуального лазерного кристалла ІЛЇУ.-Но и с ее помощью проведена идентификация штарковских подуровней в терме 'І, найдены их g фактори, мапштішо поліі, создаваемые но ядро гольмия электронами в различных состояниях. Это первое наблюдение СТС в инфракрасной области спектра и норвоо наблюдение сразу в группе мультишштов.
3. Впервые- зарегиетрщюваны ранее но наблюдавшиеся особен
ности СТС: СТС с нерегулярными интервалами, сложная группировка
линий, оптические переходи, для которых запрет по симметрии сни
мается сверхтонкими взаимодействиями. Предложен способ нахожде
ния раздольно электро- и магнитодшюлыюго вкладов в силу осцил
лятора перехода по спектру со сверхтонкой структурой, без прове
дении расчетов.
4. Впервые выполнены ірасчети СТС в пределах нескольких
мультшиштов (терм ^Т). На основе атих расчетов, щюведошшх в
рамках теории кристаллического ноля, с учетом J- смешивания,
полностью цромдоцщцфици|>ованы все сверхтонкие переходы и объяс
нены все особенности СТС ( в том число, наблюдавшиеся впервые).
Ь. Первое наблюдение изотопической структури в оптическом сиоктро примесного центра, обусловленной изотопами не центрального иона, а окружения. Качественное объяснение аффекта.
В. Впервые наблюдались кооперативные переходы с участием штарковских подуровней основного состояния. Они объяснены мог-нитішм дипольним взаимодействием.
7. Изморены параметры можштарковских переходов в
Ї.,А1. 01у Кг, актуальных для эрбиевого лазера, исследовано неод
нородное расщепление и уширение лшшй и системе (^-^Кг^^АЦО-^
8. Обнаружено и исследовано магнитное упорядочение в радо
соединений, родственных высокотемпературным сверхпроводникам.
Впервые в исследовании фазових переходов наблюдались спектраль
ные проявлении I) ближнего порядке при т > т , в виде остающого-
ся расщошюния спектральных линий, 2) удвоения магнитной ячейки при фазовом переходе, 3упорядочения редкоземельной подсистемы, 4)стш-пороориентациошшх фазовых переходов первого рода. Предложено использовать спектрэльшй метод для выбора между возможными типами магнитных структур. Таким образом показано, что метод Фурье-спектроскопии высокого разрешения существенно расширяет круг возможостей спектральных методов в исследовании фазовых переходов в системах с родкозомелышми ионами.
Практическая ценность. Спектроскопическая информация по системам L1Y., ^Іо^. и (ї1_хЕгх)3Л1г012, получоїшая в настоящей работе, может быть использована в лазерных приложениях. Совокупность выполненных исследований показывает высокую эффективность метода фурьо-сиоктроскотш высокого разрешения для окспросс-анализа малых количеств примесей в лазерных материалах, в высокотемпературных сверхпроводниках, определения изотопического соотношения ЧЛ / 7Ы.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на VII и VIII и IX Всесоюзных симпозиумах по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (Ленинград 1982г., Свордловск 1985 г.-, Ленинград 1990 г.), на Сим-позиумо учоных социалистических стран по новим проблемам спектроскопии (Москва 1984 г.), на .VII, VIII, IX Международных конференциях по фурьо-спектроскотш (Канада 1985г., СІІ1Л 1989:-., Германия 1991г.), на 1 и II Международных школах по возбужденным состояниям переходных элементов (Польша 1988 и 1991 гг.), на XIX Всесоюзной конференции по физике магштннх явлений (Ташкент 1991 г.), на заседаниях Московского семинара по физике лазерных кристаллов, на конкурсных конференциях и семинарах ИСАИ.
Публикации. Основные результаты, вошедшие в пастоящую диссертацию, опубликованы в зн работах, список которих приводен в конце автореферата.
Структура и объем дисс_сфтедтонпой. работы^
Диссертация состоит из введения, пяти глав, , заключения и списка литературы.
В первой главе кратко дзетел суть метода, излагается работа автора, посвященная шумам в Фурье -спектроскопии и приводятся характеристики использованного и работе акоперимонтяльног.) обо-РУЛ'Н.'і.-иїя. С примегю-гли мет.-:д.'! .; .! -,". і;.!гі задачам ij-лзики крие-тал-'.. в с |\!-.чллми i.hmj.jiv.j ;.:!. ;....- ;: ь . <'::::ду: а„гх главах. 3 ос-
повним, :іто задачи» решение которых было Ou невозможно или затруднительно при использованиии традшиюшшх спектральных МеТО-ДИК.
Глави вторая и третья посвящена исследованию обнаружошюй автором сверхтонкой и изотопической структури в оптических спектрах LlYPj-По, а четвертая - кооперативним переходам в LIHoF..
В пятой главе обсуждается неоднороднее ушироние спектральних линий в иттрий-орбий-алюминиевих гранатах и приведены изморенные с високим разрешением спектральные нараматры межштарков-скнх переходов в этой актуальной лазерной системо.
В главе шестой изложены результати фурьо-споктроскопических исследований магнитного упорядочения в соединениях, родствонпнх )шсокотемнературішм сверхпроводникам.
В конце глав 2 - G (формулируются виводи по материалу каждой главы. В заключении подводится итог всей работы.
Полный объем диссортации 252 страницы, рисунков 71. Список литературы содержит 220 наименований.
