ЭПР и оптическая спектроскопия некоторых кристаллов в субмиллеметровом диапазоне волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ' 7 КАЗАНСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

КАЗАНСКИЙ' "ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

1

_ ., /'/ЯК. Е. К. ЗАВ0ИСК0Г0

на правах рукописи

ШАКУРОВ Гильман Султанович

ЭПР И ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НЕКОТОРЫХ КРИСТАЛЛОВ В СШШШЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

01.04.11 - физика магнитных, явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ - 1995

Работа выполнена в Казанском физико-техническом институте им. Е.К.Завойского КНЦ РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

В. Ф. Тарасов

Научный консультант: доктор физико-математических наук

профессор В.А. Голениаев-Кутузов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

А,В. Ильясов

кандидат физико-математических наук Н.М. Низамутдинов

Ведущая организация - Институт общей физики РАН С г. Москва;

Защита состоится " ¿1" 1995 г. в/У часов на

заседании специализированного совета Д 003.71.01 при Казанском физико-техническом институте им Е. К. Завойского КНЦ РАН по адресу: 420029, г.Казань, ул.Сибирский тракт, 10/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КФТИ КНЦ РАН

Отзывы на автореферат С два заверенных экземпляра) просим направлять по адресу: г.Казань, ул.Сибирский тракт, 10/7.

Автореферат разослан "£А" г.

Ученый секретарь

специализированного совета

Д. ф.-м.н. {й^с&Уш м-м- Шакирзянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акт^альность_темЫ;. Спектроскопия в субмиллиметровом (СМЮ диапазоне волн стала интенсивна развиваться лишь в последние годы. Главным сдерживающим фактором здесь было отсутствие приемлемых источников излучения. Создание в 60-х годах отечественного генератора типа лампа обратной волны СЛОВ) положило начало когерентной ЛОВ-спектроскопии СММ диапазона. Наличие у ЛОВ частотной перестройки, высокой монохроматичности и спектральной плотности позволило создать спектрометры для измерения диэлектрических и магнитных прсницэемостей твердых тел и жидкостей , спектров поглощения газов . Были сконструированы установки для изучения ЭПР в кристаллах, спектральных я радиоспектроскспических

исследований в полупроводниках. Несмотря на очевидные достоинства ЛОВ-спектроскопии, спектрометры СММ диапазона пока не получили большого распространения, что вызвано прежде всего техническими трудностями, связанными с созданием экспериментальных установок. Поэтому ряд важных физических задач остается нерешенным.

Магниторезонансные исследования кристаллов,легированных парамагнитными ионами являются одной из актуальных проблем. Применение здесь СММ волн в сочетании с магнитными полями, получаемыми обычным электромагнитом,представляет несомненный интерес. Это относится прежде всего к яекрамерсовым ионам с большим расщеплением в нулевом поле (РНГО, изучение которых методами ЗПР-спектроскопии сантиметрового диапазона либо невозможно, либо дает недостаточную информацию, В тоже время изучение кристаллов с такими ионами решает как научные так и чисто прикладные задачи, Например, внедрение иона Сгг* в кубические кристаллы сопровождается эффектом Яна-Теллера, и измерения в СММ диапазоне способны прояснить вопрос о природе явления. С другой стороны изучение иона Сг"' имеет практическое значение в связи с недавними сообщениями о создании на основе этого иона мощных перестраиваемых лазеров ближнего ИК диапазона. Необходимо отметить, что ЭПР спектроскопия некрамерсовых ионов представлена ограниченным числом работ и находится в стадии накопления экспериментального материала, поэтому развитие этого

направления радиоспектроскопии является весьма важной задачей. Другой интересной особенностью ЭПР спектроскопии СММ диапазона является уточнение имеющейся и получение дополнительной информации для хорошо изученных крамерсовых ионов в случае, когда начальные расщепления попадают в область СММ волн. В целом магниторезонансные исследования в СММ диапазоне являются на сегодняшний день одной из актуальных задач физики магнитных явлений.

Оптические исследования полупроводников типа кадмий-ртуть-теллур в СММ диапазоне актуальны прежде всего с точки зрения использования этих кристаллов в качестве детекторов и смесителей в зтой области. При этом получаемая информация удачно дополняет результаты, полученные методами ИК-спектроскопии и измерения на постоянном токе.

ЦЭЗЬЕ настоящей диссертационной работы являются: исследование кристаллов, содержащих парамагнитные ионы с большим РНП методом ЭПР в субмиллиметровом диапазоне волн, изучение оптических свойств тройных полупроводниковых соединений типа кадмий-ртуть-теллур, разработка и создание аппаратуры и методик измерений на СММ волнах.

НёУЧЦ&2-НОВЗ§Н§.

1. Впервые прямым методом измерены расщепления в нулевом поле между основным и возбужденными состояниями ионов трехвалентного зрбия и диспрозия, а также двухвалентного хрома в некоторых кристаллах с большим расщеплением в нулевом поле.

2. Впервые в кристалле синтетического форстерита обнаружены и детально исследованы центры двухвалентного хрома, определена симметрия комплексов, константы тонкой и сверхтонкой структур ССТСЗ.

3. Установлено,что в кубических кристаллах структурного ряда флюорита внедрение иона двухвалентного хрома сопровождается статическим эффектом Яна-Теллера, причем характер искажения тетрагональный в ВаГ2 и ромбический в БгГ2,

4. Установлено, что в тройных соединениях типа кадмий-ртуть-теллур СКРТЭ механизм поглощения в СММ диапазоне обусловлен электронами проводимости в области плазменного отражения.

Н§шая_и_ов&ктач§скад_знаушозт^

Получены новые сведения об энергетической структуре

двухваяентного хрома в разных кристаллах. Исследована симметрия образуемых им комплексов. Полученные сведения могут быть использованы в квантовой электронике при создании мазеров СММ диапазона,а также для оптимизации работы лазеров на кристаллах. Исследование ян-теллеровских ионов хрома в кристаллах структурного ряда флюорита способствует накоплению экспериментального материала в случае плохо изученных ионов с основным триплетным орбитальным состоянием.

Результаты, полученные из оптических измерений, могут найти применение при разработке на основе КРТ приборов СММ диапазона.

¿п2обац,ия_Еаботы. Основные результаты диссертационной работы доложены на Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (Казань,19383, XXIX совещании по физике низких температур СКазань, 1992), XXVII конгрессе A№ERE (Казань, 1994), Международной конференции по твердотельным лазерам TSSL'94 СМинск, 1994).

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 73 наименований. Работа изложена на 117 страницах текста к содержит 34 рисунка и 1 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

8°_ввеа§нии дается краткий литературный обзор, характеризующий современное состояние проблемы, формулируется цель работы, обосновывается актуальность проведенных исследований.

8_negBQ2_IsaBe диссертации описываются аппаратура и методики экспериментов. Исследования проводились на разработанном и изготовленном самостоятельно универсальном спектрометре субмилпиметрового диапазона, позволяющем проводить оптические измерения в интервале температур от азотной до комнатной, а также наблюдать спектры ЭПР при температуре жидкого гелия. Спектрометр включает набор генераторов типа ЛОВ, перекрывающих частотный диапазон 65 -500 ГГц, квазиоптический лучевод и приемники СММ излучения. В оптических измерениях образец помещался в специальную кювету и регистрация сигнала осуществлялась с помощью оптико

акустического приемника на частоте 12,5 Гц. Для наблюдения ЭПР' использовался гелиевый крисстат, помещенный в зазор электромагнита с максимальным полем 1 Т, магнитная модуляция С15 КГц), и охлаждаемый приемник на основе монокристалла антимонида индия, причем использовался безрезонаторный метод регистрации "на проход". Сигнал с приемника усиливался предусилителем и подавался на вход синхронного детектора, выход которого соединялся с цифровым вольтметром или с аналогоцлфровым преобразователем в зависимости от частоты модуляции. Измеренное значение с цифровых приборов поступало в ЭВМ "Электроника 6QM". ЭВМ осуществляла управление всей работой спектрометра. По программе с помощью цифроаналоговых преобразователей устанавливалось необходимое значение частоты ЛОВ и индукции магнитного поля, производились накопление сигнала, его обработка и последующий вывод результатов на графопостроитель.

Подробно описан оригинальный узел блока питания ЛОВ -магнитный регулятор переменного напряжения с расширенным диапазоном регулирования. Приведена конструкция гелиевого криостата и поворотного механизма для снятия ориентационной зависимости спектров ЭПР, а также принципиальные и функциональные схемы основных устройств, обеспечивающих работу спектрометра.

В конце главы изложены основные методики, используемые при оптических измерениях и при наблюдении ЭПР. На примере хорошо изученного ранее кристалла CaFz:Dyz* подтверждена работоспособность спектрометра ЭПР, причем получен новый результат - впервые прямым методом в нулевом поле был измерен энергетический интервал между основным квартетом и возбужденным дублетом в CaF.,:Dy3* (Д=257±0,5 ГГц).

*'Виноградов Е.А., Ирисова H.A., Зверева Г. А., Мандельштам Т. С., Прохоров А. М. Исследование ЭПР иона Dyz* в CaF2 в субмиллиметровом диапазоне волн // Парамагнитный резонанс. 1944-1969. Всес. юбил. конф. (Казань, 24-29 июня 1969 г.). М.: Наука, 1971. С. 66-69.

Вхорая_глава посвящена исследованию некоторых кристаллов,.содержащих парамагнитные ионы с большим РНП, в субмиллиметровом диапазоне волн. Ионы Er3* в кристаллах SrW0( и BaW04 имеют в качестве основного терм Ч15,2 , который расщепляется в тетрагональном поле этих кристаллов на ряд крамерсовых дублетов. Энергетические интервалы между основным и первым возбужденным дублетами попадают в рабочий диапазон нашего спектрометра, Нами были измерены эти расщепления в нулевом поле, которые оказались равными 369+0,5 ГГц CSrWOp и 251+0,5 ГГц СВаУКу. Для кристалла SrW04'-Er3* измерялась зависимость частоты резонансных переходов между подуровнями основного и возбужденного дублетов от магнитного поля в ориентации в!! с и aie. Оказалось, что зависимости линейны для параллельной ориентации и нелинейны для перпендикулярной. Теоретически эти зависимости могут быть получены из зеемановского гамильтониана и волновых функций основного и первого возбужденного дублетов. Подобное допущение оправдано тем, что второй возбужденный дублет отделен от основного интервалом 33 см~\ что в ^ 3 раза больше расстояния до первого возбужденного дублета. Волновые функции в общем виде были известны, также были известны значения д-фактороь, Диагоналиэация секулярного уравнения, куда кроме зеемановских членов входит величина РНП дает зависимость энергетических уровней от магнитного поля. Для BII с матрица диагональна и зависимости линейны. Для bj.c расчет производился по теории возмущений с точностью до второго порядка, Квадратичный по полю зеемановский член, связывающий разные дублеты, в данном случае имеет вид

9?ß2H2j<r5_6}Jjr7y!2,

где Г5 6 и Г? Е- волновые функции основного и возбужденного дублетов. Величина интеграла |<Г6 6|Лх|Г? а> | была вычислена по полевой зависимости сигналов' ЭПР 'с помощью метода наименьших квадратов, минимизировавшего отклонения экспериментальных точек от значений, полученных по теории возмущений. Было получено |<Г5 6|Jjr7 8> |=2,49. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов показало, что

мевду ниш получено хорошее согласие.

Синтетический форстерит, активированный хромом, (Кд^Ю^: Сг) в последние годы стал предметом тщательного изучения в связи с использованием его в качестве активной среды перестраиваемых лазеров ближнего ИК диапазона. Форстерит имеет ромбическую структуру СРЬ Э. Ионы Мд2+ находятся в двух кристаллографически различных позициях 4аСГ) и 4с(ш, обозначаемых соответственно как М1 и М2, и имеют октаздрическую координацию. Тетраэдрически координированный Э!4* находится в позиции 4сСт). Все полиэдры сильно искажены. Нами выполнены ЭПР исследования форстерита с хромом в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Наблюдаемые резонансные переходы идентифицированы как принадлежащие ионам Сг2+,Сг3+ и Сг<+. Образец по форме близкий к параллелепипеду с размерами 5x7x12 мм был вырезан из були. При этом кристаллографические оси, определенные на рентгеновском дифрактометре, были перпендикулярны образовавшимся граням. Кристалл был зеленоватым, голубоватым и розоватым в направлениях в, и с соответственно. Результаты атомно-адсорбционного анализа состава дали следующее содержание металлов группы железа: Сг - 5-10"3, Ге - 9-10"3, N1 - 5-Ю"4, №1 - 4-10"4 Смасс ». Вращение образца производилось вокруг осей си« кристалла. При этом вектор индукции магнитного поля лежал в плоскостях гь и Ьс соответственно. Нами обнаружено более 30 резонансных переходов, большую часть из которых нам удалось идентифицировать.

Ион Сг2* находится в конфигурации СЗб4), наинизшим термом которой является 5Б. В кубическом поле этот терм расщепляется на орбитальный дублет и орбитальный триплет, причем в октаэдрическом окружении дублет оказывается расположенным ниже. Тетрагональное поле расщепляет дублет на синглеты. Спиновый КЕинтет расщепляется на три синглета и дублет. При наличии ромбической симметрии, остающийся дублет расщепляется на два синглета. Таким образом основное орбитальное состояние с Е=2 расщеплено на пять спиновых подуровней. На рис. 1а, 16 представлены зависимости частот переходов от магнитного поля для ионов Сгг+ в ориентации вНь. Мы полагаем, что эти переходы происходят между

о б

Рис.1 Зависимость частоты переходов от магнитного поля Сгг* для В!!ь. а - центр М1, б - центр М2.

спиновыми подуровнями основного орбитального состояния для двух типов центров. Обозначим условно волновые функции в виде |0), |±1> и |±2), хотя эти состояния перемешаны. Тогда переходы на рис 1а и 16 соответствуют Св порядке возрастания энергии) |0> |+1>, |-1> |-2>, |-1> |+2>, |+1> |-2>, (+1) (+2), |0> |-2), |0) -» |+2), 01ирины наблюдаемых линий были =! 1,5 мТл, что свидетельствует о хорошем качестве кристалла. Линии расщеплены в больших полях из-за небольшого отклонения плоскости вращения образца от плоскости вь. Для всех этих переходов были сняты ориентационные зависимости спектров ЭПР. Эти измерения позволили выявить кристаллографические позиции, занимаемые ионами. Как обнаружилось, Сгг+ локализован в позициях М1 и М2. Угол между сопряженными магнитными центрами составлял ^ 65° при вращении в плоскости аь для позиций М1 и М2. При вращении в плоскости Ьс угол между г осями составил ^20° для позиции М1. В позиции М2 оси лежали в плоскости зь и линии не расщеплялись. Дополнительным подтверждением локализации иона Сг2+ в позициях М1 и М2 служит измерение полевой зависимости

резонансных переходов в произвольной косой ориентации. В этом случае переходы, обязанные центру М1 расщеплены на четыре линии, а переходы позиции М2 на две в соответствии с количеством магнитно неэквивалентных центров в данном кристалле. Из анализа ориентационных зависимостей следует, что полевые зависимости, приведенные на рис 1а и 16, принадлежат центрам М1 и М2 соответственно.

Расщепление уровней в нулевом поле было измерено прямым методом, причем точность измерения составила ± 0,5 ГГц. Для иона Сг2+ в позиции М1 было получено 110, 153, 170 , 233, 242, 273, 280 ГГц. Для позиции М2: 88, 211, 212,5; 237,5; 239, 299, 300,5 ГГц. Полученные результаты позволили сделать вывод о следующей схеме энергетических уровней. Если считать для позиций М2 основным уровнем спиновый синглет, то возбужденные уровни расположены на расстоянии 38 и 110 ГГц Спи=±1), 273 и 280 ГГц Сга«=±2). Соответствующие интервала для позиции М1 будут 61,5 и 88 ГГц Ст.=±1), 299 и 300,5 ГГц (т«=±2). Однако основным уровнем во втором случае является дублет Ст«=±2).

Особое значение придавалось подтверждению того, что описанные выше линии принадлежат именно иону Сгг+ , т.к. в кристалле могут содержаться ионы Гег+ со сходным спектром. Для центра М2 нам удалось получить частично разрешенную СТС от изотопа 53Сг. Основным аргументом в пользу этого служит отношение интенсивностей линий от двух изотопов. В данном случае оно составило а 1:40, что согласуется с ожидаемым £1:38). Оценка константы СТС дала величину А^,4 мТл. Для центра М1 линии ЭПР имели затянутые крылья, что не позволило наблюдать СТС Сг2+.

Для описания результатов, полученных для двухвалентного хрома, мы воспользовались известнымии выражениями*"* для уровней энергии спина Б=2, полученными из спинового гамильтониана

Н = БСБ! - + ЕС Б* - Бу) + дцДОЛозе + д^НБ^те,

Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. М.: Мир. 1973. 651 с.

Используя экспериментальные значения расщеплений уровней в нулевом магнитном поле и зависимости частот резонансных переходов от магнитного поля, а также аналитические выражения для уровней энергии , мы получили следующие параметры спинового гамильтониана. Для центра М2: 0 = 66,9 ГГц, Е = -12 ГГц, дц= 2,0+0,1; для центра М1: 0 = -74,7 ГГц, Е = 4,4 ГГц, д(!= 2,0+0,1. Величину дх не удалось измерить из-за устремления линий ЭПР в недостижимые для нашего спектрометра поля. Однако анализ полевой зависимости спектров дает возможность сделать вывод, что дх отлично от нуля. Действительно, переходы с синглета на дублет Сгя.=±2) идут несимметрично, что может быть только при ненулевом д^. С помсщьв полученных параметров были построены теоретические кривые зависимостей резонансных переходов от магнитного поля Ссплошные линии на рис. 1а а 16). При этом мы полагали д±=2. Как видно, согласие является вполне удовлетворительным. Расхождение теории и эксперимента в больших полях объясняется ограниченностью применения теории возмущений, с помощью которой получены аналитические выражения для энергий. Для лучшего описания необходимы более точные значения д-фактсров, а также численные методы решения секулярного уравнения. Знак Е определялся из анализа поведения энергетических уровней дублета ли=±1. Для центра М2 при увеличении магнитного поля энергетический интервал между уровнями дублета уменьшается. Это означает, что Е<0, в то время как для центра М1 Е>0.

Наш наблюдались также линии ЭПР, обязанные ионам Сг3* и Сг4\ Были зафиксированы 4 резонансных перехода с РНП 66,6 ГГц, что соответствует междублетным переходам иона Сгэ* в позиции М1. Линия ЭПР с РНП 70,5 ГГц приписана иону Сг" Спереход между спиновыми уровнями |0> -»|1> в пределах основного состояния 3Аг). Эти данные позволили прямыми измерениями подтвердить результаты, полученные другими авторами из косвенных измерений.

ЭПР двухвалентного хрома изучался нами также в кристаллах 5гЕ2и ВаГ 2 С пространственная группа ГшЗт). В данном случае "И терм расщепляется на основной орбитальный триплет 5Тга и возбужденный дублет 5Е Согласно теореме Яна-Теллера взамодействие состояний основного триплета с колебаниями

решетки должно привести к дополнительным расщеплениям в системе основных уровней энергии иона. Симметрия свойств будет зависеть от того, с каким типом колебаний эффективнее всего взаимодействует примесный ион. Взаимодействие с колебаниями ед-тила ведет к появлению центров с тетрагональной симметрией магнитных свойств. Причиной возникновения тригональных центров является более эффективное взаимодействие о tsj ■ колебаниями Однако при некоторых определенных условиях одинаково существенными оказывается взаимодействия с обеими модами. В таком случае при низких температурах в кристалле должны существовать центры ромбической симметрии, что наблюдалось в кристалле SrF : Сг2+, В этом кристалле были измерены РНП, полевые к угловые зависимости спектров ЭПР для системы из 5 спиновых уровней энергии (J0>, |±1> и j±2>).

Угловые зависимости В„Срез) наблюдавшихся на частоте 250 ГГц переходов С|—1> |-2>) представлены на рис, 2 4-оа q

•350 •

Л

^ зосНх ; *

CD

к

*

I ~ Я* « v Т"

200 Я »- 8

Ч* % >■« * Syy „ &

Ч * * • х х х х

1 50Я ^ а ^

ТОО 1—I—1—I—I—г—т—т—>—I—I—1—-г—I—1—I—I—,—-—I—|—,—|—|—, во 120 1бО 340

V, град

Рис.2 Угловые зависимости спектров ЭПР в Сгг+,у=250 ГГц.

При вращении кристалла вокруг оси <110> две группы линий, принадлежащие 4 разным центрам, попарно совпадали, в то время как у оставшихся двух линий значения Во(рез) совпадали в ориентации кристалла <001 > ИВ , а в ориентации <110>1!ВЛ -

О «

принимали два различных экстремальных значения. Раздвоение попарно вырожденных линий объясняется небольшим отклонением оси вращения от направления <110>. Очевидно, что эти графики соответствуют переходам между одинаковыми парами уровней энергии шести однотипных различно ориентированных

парамагнитных центров ромбической симметрии.

Спиновый гамильтониан, описывающий наблюдаемый центр, имеет вид

г = р-в-д-8 + (1/33-Ь°-0° + (1/33-Ь\-а\ + (1/603 + (1/603-Ь®-о| + (1/60).

Измерения величин РНП, использование данных полученых с помощью ЭПР спектрометра X и 0 диапазона*3,а также численные расчеты на ЭВМ дали возможность определить параметры тонкой структуры спин гамильтониана Ь°=83700±100 МГц, Ь°=720+100 МГц, Ь|=2800+100 МГц и компоненты тензора я Сдг=1,94±0,01; дя=1,9б ±0,01; ду=1,98+0,013.

Модель этих центров можно представить в виде искаженного вдоль оси симметрии 2-го порядка куба, на вершинах которого расположены восемь ионов Р~, а в центре -ион Сг2 *, причем наиболее вероятной причиной искажения координационного куба является эффект Яна-Теллера.

Исследования кристаллов ВаГ2:Сгг'выявили наличие трех магнитно-неэквивалентных тетрагональных центров ЭПР. На рис.3 представлены зависмости частоты резонансных переходов от магнитного поля для ориентации образца ВН<100>. Как и в случае с БгГг: Сг21 здесь имеется пять спиновых уровней, но из-за более высокой симметрии центров дублеты |±1> и |±2> не расщеплены. Линии, с РНП 190+0,Б ГГц, мы приписываем переходам |~1> |-2> и |1> |2>, а переход с РНП 63 ГГц -|0> -*■ ¡1>. Величина 63 ГГц получена аппроксимацией линейной зависимости, поскольку это значение лежит за пределами

50'

*3

4ЙО' ' „ '

В, мт

Рис.3 Зависимость значений частот переходов ЭПР от магнитного поля для кристалла ВаГг:Сг2*. ВII С4.

Измерения на X и О-ЬапсЗ ЭПР спектрометре выполнены Улановым В. А.

рабочего диапазона спектрометра. Полученные нами угловые зависимости явно указывают на тетрагональную анизотропию магнитных свойств центров, причем ось тетрагональности параллельна одной из осей кристалла <001>. Мы полагаем, что причиной искажения координационного куба в данном случае также является эффект Яна-Геллера, а именно, взаимодействие примесного иона с всколебаниями. Полученные результаты описываются аксиальным спиновым гамильтонианом. При этом D=63±0,5 ГГц, дц=2,0+0,1. Значение д± измерить не удалось, т.к. линии ЭПР устремлялись в недостижимые для нашего спектрометра поля.

_В_1Е§тьей_главе приводятся результаты экспериментального исследования оптических свойств соединений KPT CCd^Hg^Je). Исследовались спектры пропускания СТ) и отражения СЕЗ образцов п и р-типов в области частот 70-500 ГГц при температурах 80-300 К. Изучались кристаллы с 0,175x^0,33 и l/CeRH)=3-1013-4'1017 см"3. Пропускание было обнаружено лишь у образцов р-типа с 0,26<х<0,33 и l/CeRH) * 1013-5-1014 см-3 при охлаждении до азотных температур. Измеренные зависимости Т и R от частоты позволили определить величину поглощения. Мы получили a % 10-20 см"!. Поглощение излучения в образце в исследуемой области спектра может быть обусловлено несколькими причинами. В области энергий фотонов, меньших тепловой энергии hy<<kT на частотах, превышающих плазменную частоту сор, поглощение, вызванное свободными носителями, должно описываться классической теорией Друде и в случае «т<<1 асв=АХг , где А-константа. Измерения показали слабую зависимость коэффициента поглощения от длины еолны, поэтому величина поглощения ке может быть объяснена в рамках указанного приближения. Б полупроводниках р-типа с кейновской зонной структурой, к которым относятся тройные твердые растворы КРТ, может наблюдаться поглощение обусловленное переходом между подзонами легких и тяжелых дырок. Оценки по теории Кейна дали значение ар= 2-10~г-1 см"1, что существенно меньше экспериментальных величин, и этот механизм не вносит существенного вклада в величину поглощения. Поэтому мы полагаем, что рассматриваемый диапазон частот соответствует поглощению свободными носителями в области плазменного отражения при ш < и .

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1.Разработан и изготовлен универсальный спектрометр для исследования ЭПР и оптических свойств твердых тел в субмиллиметровом диапазоне. Методики измерений позволяют исследовать ЭПР активированных кристаллов с большим расщеплением в нулевом поле, а также изучать спектры пропускания и отражения в широком интервале температур.

2.Впервые прямым методом измерены энергетические интервалы между основным и первым возбужденным крамерсовыми дублетами в кристаллах БгЮ^Ег3* и BвM^ :Ег3* , между основным квартетом к возбужденным дублетом в кристалле СаР2: Оу34 Б кристалле Зг№04:ЕгЭ4 измерены полевые и ориентационные зависимости спектров ЭПР. Расчетные значения хорошо согласуются с данными опытов.

3.Впервые в кристалле синтетического форстерита, активированного хромом обнаружены центры, принадлежащие ионам Сг2\ Обнаружено, что Сгг* занимает две кристаллографически неэквивалентные позиции М1 и М2. Определены все энергетические интервалы между спиновыми подуровнями в нулевом поле, Измерены зависимости частот резонансных переходов от магнитного поля, которые удовлетворительно описались теорией спин-гакильтонониана. В позиции М2 измерена константа СТС Сг2+ СА=2,4 мТл).

4. Экспериментально исследован ЭПР двухвалентного хрома в кубических кристаллах Ва.Гг и БгГ,,. Установлено, что внедрение иона в решетку сопровождается статическим эффектом Яна-Теллера. В случае ВаГ2 наблюдаются три тетрагонально искаженных центра, а для БгРг шесть магнитно неэквивалентных центров имеют ромбическую симметрию. Измерены энергетические интервалы между спиновыми подуровнями ионов хрома в этих кристаллах. Зависимости частот резонансных переходов от магнитного поля для главных ориентации кристаллов хорошо описываются в рамках формализма спин-гамильтониана.

5. Измерены спектры отражения и пропускания в кристаллах кадмий-ртуть-теллур п и р-типов в частотном диапазоне 70-500 ГГц. Установлено, что поглощение излучения в образцах р-типа обусловлено свободными носителями в области плазменного отражения при о < со .

0сноваые_везультаты_аи5сертации_опубликов

1.Тарасов В. Ф,.Шакуров Г, С. Спектрометр ЭПР субмиллиметровоп диапазона // Всесоюзная конференция "Применение магнитного резонанс; в народном хозяйстве "Тезисы докладов. Казань. 1988. Ч. 1. С. 26-27.

2.Тарасов В. Ф, , Шакуров Г.С, Магнитный регулятор переменного напряжения А. с. 1504644 СССР //Б. И. 1989. N32. С. 211

3.Тарасов В. Ф., Шакуров Г.С. Магнитный регулятор переменного напряжения // ПТЭ. 1990. N6. С. 120-121.

4.Tarasov V. F., Shakurov G.S. Submillimetre EPR spectrometer // Appl. Magn. Res. 1991. V.2. N3. P. 571-576.

5.Тарасов В. Ф., Шакуров Г.С, ЭПР SrWO^Er34 в субмиллиметровом диапазоне // ФТТ. 1993. Т. 35. N1. С. 232-234.

6.Тарасов В. Ф. . Шакуров Г.С. ЭПР SrW04: Ег3* в субмиллиметровом диапазоне // XXIX совещание по физике низких температур. Тезисы докладов. Казань. 1994, Т.З. С.Т77,

7.Tarasov У.F., Shakurov G.S. EPR Mg2Si04:Cr in submillimetre region // XXVII Congress AMPERE. Extended abstracts. Kazan. 1994. V.l.

P. 519-520.

S.Tarasov V.F. . Shakuroy G.S, High resolution far infrared spectroscopy of the low energy levels of Cr in synthetic forsterite// International conference. Tunable Solid State Lasers '94. Abstracts. Minsk. 19S4. P, 24.

9.Тарасов В. Ф., Шакуров Г.С., Гавриленко А.Н. ЭПР ионов хрома в синтетическом форстерите в субмиллиметровом диапазоне // ФТТ, 1995. Т. 37. N2. С. 499-504.

10.Zaripov М.М. .Tarasov V.F. .Ulanov V.A. .Shakurov G.S. Study of divalent chromium complexes in crystals of fluorite structure by EPR me-thod//XXVII Congress AMPERE. Extended abstracts. Kazan. 1994. V, 1. P.537-538.

И.Зарипов М.М, .Тарасов В.Ф. .Уланов В.А. .Шакуров Г.С. и др. Структуре и магнитные свойства комплексов хрома в кристаллах SrF2. // XXX Совещание по физике низких температур. Дубна. 1994. Т. 2. С. 102-103.

12,Тарасов В.Ф. , Шакуров Г.С., Барышев Н.С., Несмелова И,М. Оптические свойства кристаллов кадмий-ртуть-теллур в субмиллиметровом диапазоне //Журн. прикл. спектр. 1990. Т.53. N1. С. 157-159.

Отпечатано на ризографе в НТЦ АО ФОРТ ДИАЛОГ. Поступила 20.02.95 г. Заказ №12. Тираж 100 экземпляров.