Комбинационное рассеяние света и электрон-фононные возбуждения в кристаллах двойных фторидов лития-редких земель тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ШЕШЭЗНЫй НАУЧНЫЙ ЦШТР ТОСУДАРСТЗЕННЫЙ ошчзжия ИНСТИТУТ

9

¡¿.ел упщцй-

1ШШИ С. И. ВАВИЛОВА''

На правах рукописи

КУПЧЖОВ Анатолий Константинович

КОМБИНАЦИОННОЕ РАССШЭДЙ С БЕГА И ЭЛЕЧТРСН^'ОНСННЫЕ ЮЗБУЭДШКЯ Б ШСТАМАХ ДВО?Ш. ЗТОгВДОВ

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

Автореферат диссертации на соискаике ученой стэпени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научном центре "Государственный .оптический институт имени С.И.Вавилова"

Научный руководитель' - доктор физико-математических К' 7К

А.й.Рыскин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

К.Ь.Ипатова

кандидат физико-математических наук А.АХоСоль

Ведущая организация - Казанский государственный университет им. Ь.И.Ульянова-Ленина

Защита состоится "2.Ц" 06 1992 г. в 11 час. на заседаний специализированного совета КЮ5.01.01 е ВНЦ "Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова" (0.-Петербург 199034, £НЦ ГОИ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "2.1" 03 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физ.-мат* наук И.Н.Абрамова

ЩЦ "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова"

ОКЦАЯ XAPART EPZCTi'iKii РАБОТЫ

Ак ту ал ьн о с т ь про бл ет/ь:. Ксн:;е;!тр*роз&>:нь:е редкоземельные (РЗ) гристалли - ваякый класс модельных объектов ссврм.геглой физики •гердого тела. Упругие, оптические, уагякткьто и другие сзе/.стза РЗ .рист&ляок изучается раз:1И'а'.ю.гл мс«одчв:к резэкакснсй х.нзеезекгке-•ой спсктроскопии* Незаполненное элсетроннь-о 4f оболочки РЗ ненов •браауьт подоисте:^*, ч&стотк еогбукдшкй которой, етзеческие г.еро-•одвк згел>ц.' ясду?сшя.:й расщеплена;по а кристаллическом голе сснсз-:сгс мультлллета, рг.еполокеи:;! и облеетн епект;а колеС&ниК кр/стад-•кчесхо? ресет:«. Бгакмодейстгие мечеду двууя г.одеисгсугми (электро-* :Ш1 и фоконахк) обусловлено ксвулгцкеЯ кристаллического поля при олебдкиях яздев рехетки гСлкгк положений рашесееил. РеьснанснкН ас-д:тои злех-грк-фопонногс (Э£) згань'сде.Чст^кя предопределяет езо-сбрагяс раели^тх .эффектен, нкдуичрогапйис сг:елпг екнем э.техгроиньэс ровгточкнх состояний в ¿S кристаллах. -В частности, фор.'крог*-чио мешзишэс Еозбужденин у.оке? пр/.весх-к к noieps устойчивости кр/.-телличсской ршеяси при искажении температуры, т.е. -к структурно-у ф&гевоху переходу,' получиззему пазvsime кооперативного оф^ехга на-Теллерл. (ЮЛ!?), когда обращается е нуль пзреИор<:йроп.гу.*ная ско-ость ззука. Существенная информация о свойствах екеианних 3-S еоз-уадениК в ?3 кристаллах, в кстсрья проявляется ЮК'Р, была пелуче-а метода».!« оптической спектроскопии из исследования спектров ком-инационкого рассеяния света \КРС), «К поглощения и отражения, лэ-инесцеыдии и поглощения.

Основнс'е внимание в бС-е и 70-е годы уделялось исследования «зкочастотихх (в радио»- и СБЧ-диаяазенэх) -смешгннь.-х зозСундений ю энцентрироваькых РЗ кристаллах. Зги Босбузденкя обусловлены всаи-эдеР.стЕхек акустических фоноисв с аоекзновехжа подуровнями элек-эояной подсистемы либо to шепнем ьгаткитном поле в парамагнитной 13С (спйн-фенокнке возбуздеиия), либо в г/агаито.упорддеченой фазе .'.агнск-'юноннь:е везбулдения). Эти ислдедсвашя проводились, метода-í акустической спектроскопии, спектроскопии магнитного резс-нанса и щдельштак-брилдоэновского рассеяния света, .«етодъ: КРС и ИК погло-5кия б кснцентрировакнас РЗ кристаллах стал« пироко использоваться ;я изучения свойств ЭФ возбуждений песке открутил Ькииком в середя-; 7С-Х годов /I/ предсказанного ранее теоретически /2/ раедеклення ¡кип ixPü на вкроаденнкх оптических фснснах ь одноосных кристаллах

даеадсм магнитном поле. Хотя получаемая иж^йгация относится ш> к возбуждениям из окрестности нектра Эо;ш Бриллс-эаа»

ваннкк оптическими фэнонймк и электронной подсистемой, которые уча стзуы? е фогясирсвании спектров КгС и /In поглощения I порядка, а той ш&ор'ацлх достаточно для 'получения количественных йцс-нок параует-pvB Jt взг.к.чсдеМствпя (если иметь б виду йспольсосзшю теоретичис-ких моделей). Зкяенейае мэхаакзмов Э* взаикодейстпкя и построение уодолоГ; этого зааикодействия, позволяющих предсказывать и количественно опксь'^ать -физические свойства РЗ кристаллов к юг отклику, на гнедгхс зозво'Щеийя - актуальные проблемы современной физики твердого тела. Изучение прояЕлений 35 взаимодействия не в отдельных представителях тех илк иных классов, а б полком'ряду из о структурны: РЗ кристаллов создает необходимую основу для"построения полуфекоме-нологачееккх моделей D5 взаимодействия До настоящего временя были выполнены лишь-систематические исследований -спектров КРС слоанмс РЗ оксидов со структурой циркона.

Б ньстояцей работе поставлена задача изучения методом КРС С с привлечением метода Iii', спектроскопии) гомологического ряда кристаллов двойных фторидов лития-редких земель со структурой шеелита с, целы> обнаружения проявлений 05. взаимодействуя, .развития моделей, его описивалщих, и определения параметров этих моделей.

Научная новизна. Систематическое исследование спектров КРС б указанном гомологическом ряду позволило впервые выявить из сравнения спектров изоструктурных пара- и диамагнитных кристаллов, а также кристаллов с различными РЗ подрешеткамя, ряд аномалий в величинах частотЗФ возбуждений, в изменениях частот и кнтенсивностей линий рассеяния с изменением температуры и во.внешнем магнитном поле обусловленных Э<2 взаимодействием в условиях сравнительной близости частот взаимодействующих электронных и решеточных мод, которые в дальнейшем мы будем называть соответственно квазиздектренными и хва зифононньдш возбуждениями.

Наиболее характерные проявления ОФ взаимодействия относятся к классу «агнитополёвкх эффектов, возникающих как спонтанно при магнитном упорядочении с понижением температурь;, так и во внешнем магнитном поле. Определен:-.* системы (LiTßF^, LiTmFt,, F/t), в которых аномальные свойства квазкфононных возбуждений проявляются наиболее ярко, что дало возможность апробации существующих моделей ЭФ взаимодействия. ,

Практическая значимость"рабоун. Работа демонстрирует возможности спектроскопии КРС как метода получения информации об ЭФ взаимодействия в концентрированных КЗ кристаллах. Обработка данных измерений спектров■ КгС с привлечении модельных расчетов позволяет на-

дцитъ параметры Э* впаимодействия,- которые могут быть использованы ¡ри анализе все;', су исконности свойств акгквкровеиимс я самоа;-:'?«!и-юпаннкх сосдлнсн".?:'БЗ ояемектов, опредедяе1.';х йзахмоде'/ству-ск дектронсв с реАотко?.. Лриведснндо з' р;х5ото зелачкны параметров вааисдеЯствия ?3 вонсз -с. оптачоскики колебаниями различной с.аа:от-;ик из центра зонк Боидлкэна кристаллов 1л й когу? быть испогьзо-¡аны для ::рогнозкровгнйя сяснгапЮЙ и шяууденной магцитсстр;;:<ций, I т&яко ^агн-/тоупру;"л;< характерного. зтях кристаллов, для ьценсх |рекен слик-рашточной релаисац/.и, обусловленной хокхинацкомйк:<с ¡ассепниен оптических фскокос на ленах.

М от одическая час-гь рай'оть:, есстопцая в разрабст^« Б:«йсик кнтер-[ретатора для обелужлЕанкя спектроскопического эксперимента, зкачи-■ельно расширяет зсзмо'якостп применения с:1с;ктралько-въ.чихлптсльН:;Х :смплекеов на базе киярс-ЭЕ« "Электроника ДЗ-26" з' области научны (¿следований. Благодаря высокому быстродейета/лэ разработанного аа-!ивнта интерпретатора скорость вычислений пркзлияаеусх к поолзеодп-■ельности белее современна моделей' персснальных Эр/.. Разработаны ¡лгоритмы решения дисперсионного, уравнения, применена) для персок-.льнг.л 3Ей.

Автор, за; зитцает:

1. гезультаты игмер'енкй методом сгхктростапиилК; частот квази-лехтронньх' и кзази$оноиньас возбуждений в интервале температур от 'елневой до комнатной & кристаллах ^ТВРл, !_£ ЕгВ, £.Я, ЛНО!-4, иТт^, ЫУбГ^ иит,. . ■

2. результаты измерений спентанньэс и гьяуаденньзе во внешних :агнитных полях расцеплений линий рассеяния.на двукратно вьрседен-изс 'квазифононных' возбуждениях в красталясх С*ТбР4 и НУбР^.

3. Системное и прикладное программное обеспечение спектрометра

4. Гезудьтодк теоретической интерпретации данных измерения на )скове представлений о гибридизации, электронных и 'реаетачнкх состоим Й с использованием затравочных'параметров 35'взаимодействия, най-1енньх в рсдасах модели ебкенних зарядов теории кристаллического поля : методики определения затравочных частот кйазйэлектроннкх и квозк-эононнкх возбуждений из системы диеперсиоктгх уравнений.

' Апробация таботь'. Латериалм работы' докладывались на УН (Ленин-■рад, 198?.), лШ (Свердловск, 1985) и IX (Ленинград, 1990) <£еофилов-:ких сшшозиуквх по спектроскопии кристаллов, активированных ионами ¡едкозеуельнкх и переходах металлов, , на 11- МевдународноЯ конферен-

дни "?изйха районов" (Еудапе-т, 1955}, ¡¡а 1 Отраслевом сс%:инаре "Азтог.:а?кзацал опти-.геских приборов" (Ленинград, 1967).

¿ю тз.\:е диссертации авторе:.: опубликовано 5 печатных работ, список которых прзсдск в конце реформа. Представленные б диссертации результаты получен* лично автором.

Структура и осле;.: работу. Диссертация состоит из введения, ясс-тк глаз, заключения и дгух приложений. обод: диссертации -

145 страниц :/гл;п;:оппсногс текста. Диссертация содержит ¿4 рисунка. Список литературу, состоит из 57 наахеиованиК.

кратко з садэддоц: работк

Бо введении обсукдается актуальность исследований низкочастотных бс обучений б РЗ соединениях кетсдаии опчичоскоК спектроскопии, сф&ркулхроиань цель работы, приведены основные аацк'ц&сдае положения, отвечаете«-: научная и практическая значимость получе-ьных результатов.

Первая глава - обзорная, в ней обсутлевтся спектры ?3 ионов к различные аспекты взаимодействия РЗ ионов с колебаниями репетки в диэлектрических кристаллах. Рассмотрены основные приближения, используемые в теории физических свойств РЗ кристаллов: адиабатическое приближение, теория кристаллического поля. Основное внимание 'уделено методам расчета спектра смешанных возбуждений в РЗ кристаллах, основании; на использовании уравнен;::*: движения динамических переменных; кристаллической -решетки и подсистем1, локализованных Ц^ электронов. 35 взаимодействие, 'смешивающее электронные и репеточние состояния, рассматривается как следствие,изменений энергии РЗ иона в кристаллическом поле, модулированном колебаниями решетки. С использованием стандартной техники расцепления произведения операторов нормальнее координат решетки и операторов электронно" подсистемы (в качестве последних еведены операторы проектирования на состояния основного культиплета. РЗ иона в кристаллическом поле) получена замкнутая систег,:а однороднья уравнений движения. Условие существования нетривиального решения этой системы позволяет Записать дисперсионное уравнение относительно частот смешанных ЭФ возбуждений с произвольны:-' волновым вектором. Б спектрах КРС и КК поглощения Сотрахе-ния) проявляете,-: аозбулс,;г-;шя ий центра зоны Бриллюэна, котореы можно классифицировать по неприводимым представлениям Г фактор-группы решетки. Частоты квазифононных возбуждений (Г), генетически связанна с оптически.;:: фонснами с затравочными частотами и>й(Г), удов-

летворяют уравнения

¿^¡((¿ЧП-^ЧПЯег^м- гЯ^Л*0 • W

Здесь Í - номер, /\ - строка представления Г, г - номер КЗ иона в ячейка, частота ал'ехтронксго перехода меяду состояниями М и

М' Ш иона с заселённостяхн Ин, П^'. ; Ор-~ электронные тензорные операторы и Врй ( Г j Г^) - постоянные' связи ?3 иона с оптическим фо-ноном сижетрин Недиагокальнко у'лементы при опреде-

лит взаимодействие между, оптическими фонолами через- алзктроннуи подсистему.-

Частоты КЕазиэлехтренчых возбуждений,, гензткчески связанных с электронными переходами М-'М 'могло вычислить из уравнения c¿eil(uJ(r)-u)M'ñ)S'ri<óM!li'Srr"h

рассматривая по - отдельности диагональные блоки,М = К, М л К, ,

Зависимость частот 3S возбуеденйй от температуры содержится яв-^ но в заселенностях электронных состояний и неявно з затравочных частотах колебаний о> (Г) V электронам« -переходов cJH-H, обусловленных, в частности, температурным расширением релоткй.

Понижение.симметрии системы либо при наложении внешнего магнитного поля, либо при переходе- в магнитэупорядоченноэ_состояние, сопровождаемое расцеплением.выроткденкьк итарковских подуровней РЗ ионов и перемешиванием их волновых функций, м&кет индуцировать линейное • потнайапшченности расцепление вкродденньх 'оптических .фонойов» Представлен-краткий сбзор литературы по исследованиям магнитсполе-вых эффектов п спектрах КК! й КК • поглощения а кристаллах й$ галоге-нидов, гидридов и сложных оксидов со структурой 'циркона.

¡'писана схема расчета постоянных 3£ взаимодействия в

рамках модели обменных.зарядов, Использованной при анализе штарков-cí.oí! структуры РЗ ионов, в ионных кристаллах. ' '

Во втсроР г даче описа?-:ы. экспериментальные установки, созданные на базе соряйнкх спектрометров ДФС-24 и ДК-сй. исобоо внимание уделено спйейшгд прогрцчиьногб обеспечения спектрометра Д4С-52. Дли у а-

равлсния спектрометром и сСеспзчзк):.«: спекгрсметричсского эксперимента была разработана новая .взрси.<с интерпретатора «экса зь-сского ' уровня Бейсик, которая- можрт• быть• прмшкзна гс всех спектрально- вы-ч-/. слителыитх: комплексах на базе персонально? с ¿л "Электроника ДЗ-28' £осможнссть обслуживание до1:о;аглтельн:о: песл$ер::йгас- устройств, высокое быстродействии в резкие 'интерпретатора з сочетании с- общеизвестной простотой программирования 113.-языке БзП2ик значительно рас-аиряат, при использовании данного варианта интерпретатора, возмож-ссэдания научно-исследовательских эксяер'41Г!{тальньзс'устаксБсх на базе серийных при,боров. .

Подробное описание особенностей пнтерг.р-зтатсра, а такке описание программ управления спектрометром'и обработки спектров вынесено в приложение 1.

Высокая производительность данного варианта интерпретатора дала возмонноетъ выполнить теоретические расчет': частот 31 гсзбуздс-ни?. на' тем ж с спектрально-зычиелительном комплексе. Так;::.; образом, методические разработки,.описанные во второй главе, позволили создать достаточно оффектиЕНое рабочее место экспериментатора.

В третье?; главе дано общее описание спектров КРС И ПК спектров двойных фторидов лития-редких земель. Тетрагональные кристаллы [ЛЙ Р4 имеют структуру шеелита (ярострзнстве'шз.1 группа . точечная симметрия в двух эквивалентных позициях КЗ ионов элементарная ячейка содоряит две формульные единицы. Пространство-смещений ионов в элементарной ячейке распадается на подпространства, соответствующие неприводимым представлениям фактор-группы С^ ,

Экспериментально в спектрах большинства кристаллов исследованного ныли ряда (Я -Т 6 , Ву , Не, Е г , Ткп , У6. , Ьы ) проявляются все 13 четных (спектры КгС) и 8 из 10.обладающими электрическим дипольны-ки моментами нечетных (Аи, Ем) колебаний (ИК спектры). Два транс- . ляционных колебания Ам, Ей откосятся к акустически:,:-ветвям и Б упомянутых спектр«? не проявляется.

Представлены результаты вычислений постоянных связи 4?-олекгри-нов гЗ ионов со всеми 13 четшми оптическими колебаниями, необходимых для расчета г.ерекор,;ироБшшых ЭФ взаимодействием частот квази-фононньзе и квазиолектронных возбуждений.л кристаллах !_,«. Л» В вычислениях была использовала модель сбмен:;::>; зарядов с параметрами, апробированными анализом лтаркозокок структуры основных мультипле-тов РЗ ионов.в кристаллическом поле симметрии '5^(энергии штарков-

ских подуровней ^соответствующие волне к:е функции РЗ ионов з исследованных кристаллах приведен;-' н приложении 25. Корректность.модели была подтсерзд-зна тдою аквд::зсм Буполиапньк наги измерений сдвигов линий элм-.трснкого КРС в кристалле liT/wí^. при высоком гидростат/- ■ ческой сжатии. Hopau::.-»:©' ;-.оордм;-:ат;: реиетхк были "получены в рамках иоделк ясетхи*' iícjícb,. казенные та:-::-:" образок .частоты колебаний сравнивается с дакнис:.измерений в столице I. Решение дисперсионных уравнений' (1), .тосгрсеншд: с использованием вг-яхслекных постоянных 35' взаимодействия, дает качественно правильнее- списание как частот квагифоисняис зосбукденхй Е-исследозан^си-- рпду кристаллов, так к кх зависимости от температур;: и шеаного магнитного поля. Ь'лнако детальный анадчз эхсй»р.е:елтальк1:< .дй.чяьк, вь:полненкь-К в главах 4-6, показал необходимость угочисн.:я постоянна: З.од (Г|Г') для конкретных систем. Вместе с те;.; следует отменить, что- в виду значительного числа (121) этих ¿üctosoüx (Г а Аз,Б$, Ед ), их определение.только из экспорхментальнкх дикк:-:х без привлечения теоретических ыоделзй для изучаемой структуры исе.тдта оь&гхв&ется неъозкозик.:.

Как видке кз таблицы. 1,'иг.:зе'г хеото нгыокотЬкног изменение частот некоторых колебаний с. увеличение:.:' порядкового номера К* иона при монотонйем укеньсеНин' постоянных peuievicx. 3' спектрах кристаллов LtTVnf, и LtYÍ F«. наблюдается й«скалькая температурная зависимость частот :oü3U$chckkí.x £j- и В>g -зезбртдекпй,' о чек свидетельствует,'в частности, ерггкепко спектров сл'лх ¿:р::с?сдлов со спектром диамагнитной pei:e?:-:x Lt Lu ü6a зт.-.х' о.^екта дзляктся следствием пере- • неркирэвки «.стс.? хсдсЗений ?С>

Хнт£нсквнгсти н&Слгца»-!« з кхс^сгс-ьа.ературн;х спектрах линий рассеян/я и Ж дегл.-^ення (с;.:. тедлл^.- ¿) .¡а ¿ЗАЗ»»лехтрсвшл< возбуждениях 'г кристаллах L Í т , LiHcF^, LíYSF4 коррелирует с полученными в результате- гь?г;;сл,йга2 сдвигами частот электрон-ига переходов вследствие 35 ззак.:сдойсг5кя и сйуслозлеин, л основное; , не йр-ш: ыехаккжем зоз'оугшеккя электронного йРС- через промежуточные-состояния, & .схсшванкви злектрс,нньх и реиеточньэс состояний. , '

К-аг;алехтршгь-е зс.^узденйя различной си.к:етрин, генетически езяоанные з одни:.: и те;.:' :~.е злека-роин:,?.: переходом M-fi', могу:, иьеть рас:-:!:а частоты вйдирствне Бза;.г.:оде::егъ;:я г одчичэскглп; 5.:но-нсл:,: ссотзотСтгу^е?. ¡;. ';:..:ос: .:;-.. Е. работ;; йлохнкяг оценки, с пололь-¿oü^hxc:: уриннелия (4), всокс.»пз£ р^ацегискпК, аналога чньзе дазыдов-. г;Л£-:тр:.плогс .'СРС л спектров в разумных

гь .у.^.к'л. Li¡L-T^r, Liu^R-, LtY-ik,

е

Таблица 1

Частоты колебаний в спектрах КРС кристаллов 1,2- Я при температурах Щ К в сь;-^, Погрешность измерений ¿1см~/1:

ГА Ч и \Т6 Но Ег Тт ■и

ы 123 _ 152 - |СЙ ' 153 153 ■ 153 154

А} 283 ' 263 271 263271 258 268 270 272 270 . 270 263 270 271 276

434 424. 423 429 430 ■ 432 429 434 434 437 437 ■ 442 442 447

В5 Ш 152 154 156 152 ' 158 153 157 153 : 155. 151 153 ' 153. 157

в*3 211 215 217 214 216 £15 •217 215 216 217 2.18 216 . 215 218 221

СО 318 318 .'¿'¿Л 319. 324 323 ' 323 324 330- 321 .30-4 340 350 332 337

339 366 367 359 г-'ч и /0 374 . 377 £77 380 384 4С0 390 406 587 391

в; 40? - 421 42.4 423 428, 426 432 429 ' .434 43о 439 437 442. 441 445

« .120 125 126 125 127 127 129 128 130 129 130 .129 131 131 134

Ез 177 175 177 176 178 175 . 180 17$ 181 181 183 161 184 184 187

Е| 343 322 ' 327 . 322 325 . 326 332 •328 334 331 328 325 317 337 341

а 392 • 361 362 362'-. •364 365 368 360 370 370 377 370 371 374 379

. 446 . 444' 451 443 . 455 ■" 445 . 457 448 455 456 468 . 460 476 . 462 473

к - результаты расчета для кристалла

рые показывают достаточную малость этих расцеплений и объясняют отсутствие экспериментальных эффектов.

В четвертой главе рассмотрены проявления ЭФ взаимодействия в спектре К№ кристалла Ь^Гй^. Преимущественное внимание в этой главе уделено влиянию на спектр квазивоэбуждений внутреннего и внешнего магнитного йоля, т.е. спонтанным и вынужденнш ыагнитололовьм эффектам.

Основное состояние ионаТб'3+ в э»см кристалле - квазидублет, состоящий из двух синглетнкх состояний г| с начальные расцеплением Д =1,5 см" . Большая величина. ^-фактора ( ^и я 17обусловливает сильное магнитодиПольное взаимодействие, которое при Тс = в 2,885 К приводит к ферромагнитному упорядочении с разбиением об-

Таблица 2

Частоты квазиэлектрокнкх ЕозЙувдениГ; з спектра:« КгС и Ж поглощения кристаллов Ц.Е. РГ/, в с;.Га-

И НоР^. Ы У5 Ра иТтГ*

пК., 2К КгС,5К /¡К, 1ЭК КРС, 2К КРС 11д, 10К

109 16 •¿■¿з 30,5 £4,5

24 5С0 ' 21,5 ¡¿9,4

48 47,5

■¿•¿э 57 57 ¡¿81

об ,5 319

7г 73 ' 351 '

Щ

разца на .цилиндрические доменк. при проявляется световодный

эффект, 'зак'ГзчайдкГс.'Г 3 появлении светового кольца на матовом экране, установленном за выходным окном'крксстата при пропускании луча лазера'вдоль оптической, оси кристалла. Характер эффекта дает возможность оценить поперечные размерь: доменов как меньшие длины волны света 0,5 мкм)..Во вкелнем'магнитном поло с увеличением его Напряяенности Н2 образец в феррофазе'намагничивается как целое вследствие переориентации части доменоз и возникновении на поверхности ненулевого' магнитного момента, создавшего намагничивающее поле, которое компенсирует внелнее-поле. Лишь после полной монодо-менизации образца поле в нем начинает расти с увеличением Нг-

Наличие внешнего-или внутреннего магнитного-поля, параллельного оси симметрии кристалла, приводит к расщеплению двукратно вкроздСн-ных квазифононнкх мод. В ферромагнитной фазе 'величина расщепления меняется с температурой подобно спонтанной.намагниченности - см. рис Л. .Уравнение (I) относительно частот ЭФ возбуждений с правой (и)+) и левой (и).) круговой поляризацией распадается на два уравне-

В отсутствие магнитного Поля =0 ,и корни уравнения (о) совпадают ; при наличии поля решения этих уравнений различны вследствие индуцированных' полем, изменений.в электронном' спектре. Для Е| фснонов с частотой и)^ в кристалле ЬсТ^Р^ , взаимодействующих с электронными переходами из основного квазНдублета Г2' на двукратно выроненные подуровни при выполнении условия

л СО, см*1 10в -6-

2.,

. о

р

, -»• о

с о

. О

. О

о с с

Тс

-л

2 ЗТ.К

Рис. I. Спонтанное расщепление ди)(») квьзкфононной линии 32? см-^ • и спонтанная намагниченность М Е феррофазе кристалла ЬСТбр« е завоюй:.:ости от теийар&тури.

-д -фактор уровня расщепление где е-и'^^^вН^)1"'Х - разность энергий, -С-!Г^±С£|Г/> - волновые функции кЕазидуслота' б хшйюном поле. Шс.-2 демонса-ри-рует согласие окспермштахьдах 'и расчетные значений Ьь) для кьази-фонсикого возбуздения , наиболее .сильно к&а;у.:оде;-;ству.сщего о электронны»;! переходами» ¿еличина расщепления пропорциональна раз-кости заселенности компонент основного квоовдублета. Постоянные'3* взаимодействия варьировалась' относительно результатов модельных вычислений с целью достижения наилучшего' согласия ь,о:кду расч<гтни;и л измеренными расцеплена«,;;!. ■

Для квазпфонониых ыод к картина расцоплонкя «сло^нона . наличием близлежащих электронных переходов, аееаансвекйе •декпоненти которых при достлжи..>и. 1:1 лях «сшлуывгкк шчтклерусечение с Взаимодействующими с нкил квазафснскн'ки воз;увдон;:я..-.к. Для адвг-гатнего списания эксперимента пах срнАЛССъ учесси вза&юдайетвпй олектри;-;-ьых урьной Г34 чьрев оптические фонсны. ^ разонсца,.«: области про-

t

О

W, си"'

Рис. 2, Расщепление кпазпфононкой линии в спектре КРС кристалла LсTü гч во Енеокем магнитном доле Н Ил при 4,2 К. ( • ) и Ч * ) - експерименталъные значения в двух кругебых поляризациях, сплошные .кривые - расчет.

исходит перераспределение интеисианостей иекду кзазкфененныки и ква-зиэлёктронни/.и возСукденигали, ширина линии становится сравнимой с расстоя-ме-л кеаду ними. Полевая зависимость частот смешанных возбуждений в области антипересечения существенно определяется влиянием сильно связанного с электронными переходами Ejg -колебания.

В пятой главе изложены результаты исследования температурных и магнитополевьх эффектов в спектре'КРС кристалла LtYßR,. Изучалась перенормировка частот квазифононных Бозбуздений, обусловленная 35 взаимодействием. Эту перенормировку демонстрирует рис.За на примере близкого по пассе и ионному радиусу диамагнитного кристалла LiLuЕ,. Влияние 35 взаимодействия уменьшается- с ростом температуры вследствие выравнивания заселешостей штарковских компонент основного терла ионов "Выключение" 35 взаимодействия может приве-

сти к нетривиальному эффекту возрастания квазифонокных частот при нагревании редеткп- см.-рис. Зе-

Выполненный расчет температурной зависимости частот квазифонокных возбуждений Ед и ßa симметрии обнаруживает хорошее согласие с экспериментальными данными, исключая возбуждения t.j и Dg , для которых расчет предсказывает чрезвычайно низкую эффективность взаимодействия с электронной подсистемой.

¿агнитополевой эффект в спектре кристалла L i Y6 обнаружен холько на линии КРС, соответствующей тому не Е^-колебанию, на кото-

иуег*

----

и— 83

СО, см'1 •325-1

320'

300

Рис.

2К • 3оок ЗООК 2к

а

-5

3«

дОО

а) Фрагмент спектра кгазифонснних возбуждений кристаллов ' 1(.1_иГ<, и иУЬ^.

б) Температурил зависимость частоты Е^-колебькия в кристалле, 1.1УбЕц {'сллосная линия - расчет, х - данные кзме^

' рений). ...

ром этот эффект наиболее

лен з кристалле 1лТЫ-1,, Бвкду малого

значения ^-фактора осношого состояния 1,33, н&скдеыие расцепления при Т ='4,2 К в дссукжю&эс'вкешйх полях до .50 кЗ не наступает. .Соответствие расчетной еегкчины 'расцепления с экспериментально измеренной .в, данном..случае окае^ц.Ьсь значительно хуже, нежели в кристалле' иТбГ*. даже после корректировки'.постоянных 05 взаимодействия. 'Более того, расчет предсказьлает почти таку» же величину расцепления на фононной. моде -Е|, однако экспериментально это'расцепление не о-бнаружквеется. Из совместного анализа теип&раТурчых и кагни-тополезых эффектов нами сделан вывод,''что наиболее вероятной причиной расхождения эксперямвитадьйкх .и теоретических значенийвданном случае является недостаточная точность расчетов ¡¿Тарковской струи-туры'основного терма кона УВ3* в кристаллически!.!, поле, • . В системе иьУ^Г^ц, так же как/и. в ЬлТбР*, линии электронного КРС, сравдлмые по интенсивности с лийнямй фононного оказывается существенно перенорьмроБвнтма ЭФ взаимодействием. Электронике переходы, слабо взаимодействующие, с фонш-шой подсистемой, не проявляются ь спектрах' К№. '

Отметим,'что. ни в одном другом кристалле рассматриваемого ряда с выроаденним оснсыыы состоянием РЗ иона (й Но, Е.Г) ¡¡е уда-

етсл.н«еи~дать мшштопожоьис эффекты, что согласуется с результата-расчеса г.единил расщеплений»

V

В лесто/: главе рассуатрлваэтся проявления ЭФ взаимодействия в кристалле 1лТ«1рц. Поскольку осксвнсо сс столик коне. Теп3* - снимет расцепление квазифзкодаис линий симметрии £9 во внесем магклт.-юч поле мо:кет наблюдаться при гелксгмс температурах только зслсдсть.ю смкзиаания этого состояния с 205Су»денН1кк дуб,летами Г^ (заи-фж-козскиГ: парамагнетизм), и в досту;т;<: на/ полях до ¿0 кЗ не С:/.;'; обнаружено. Ь спектрах КК. этого кристалла ыих. иа?дсн ряд аномальных явлений, сзязакных с температурными зависимо стяги положения и формы некоторых линий, причиной этих эффектов может быть только ззакмодействке.

Из соотношений еоклесткостл неприводимых представлений групп '4к 'л »2м " Г1; " г2; ~ следует, что з крис-

талле ЬьТтЯ^ колебания симметрии взаимодействует с электронными ;ереходьмн 1\ - Г34, Г? - Го^, а, колебания £д - с электронными переходами Г- - Г^ - Г^/. Поэтому з уравнениях (I) для этих язух типов фоыснов элементы определителя 1)^' отличатся не только матричными элементами но и суммированием по ояехтроннш сос-гояниям М , М'.

Аномальные по величине или знаку температурные сдвиги экспериментально бьли обнаружены на л;миях Е^ и Е 3 - см. табл. I. Удовлетворительное теоретическое описание наблодаемых температурных зависимостей достигается только при существенном (около 20 см~") изменении энергий некоторых штарковских подуровней ионаТт3+по сравнению с вычисленными в рамках теории кристаллического поля. При этом температурная зависимость положения линии Ед коже? быть хоропо описана уравнением (I). Б то же вромя, согласно расчету, перенормировка частоты возбуждения ^„невелика, а наблюдаемое в'спектре КРС значительное - около 15 см~А - возрастание частоты соответствующей линии при изменении температуры от комнатной до гелиевой в принципе может быть вызвано возгоранием на высокочастотном крыле квазифононной линии электронного перехода с перераспределением интенсивности между указанными линиями. Эта интерпретация согласуется и с наблядаемш уширением соответствующей линии 1и?С при понижении температуры. Однако аналогичное уширение квазифоненной линии Е-3 не может быть объяснено подобным образом.

Температурные исследования спектров КРС в поляризации ху показали, что наиболее сильное взаимодействие фононных мод с электронной подсистемой имеет место для возбуждений и Вд. Результаты расчета частот ЭФ возбуэдений согласуется с экспериментальными данными:

именно для указанных фонсноа матричные олемекты .03 взаимодействия Ы^и''наибольшее и сравнимы по величине, арлчы- эти фодокк взакьо-действулт с одними и тем/, же одекгрспкгки переходами Гц - Тм< , Созтьетству.одие электронные переходы так»о кгл'я-одвктся в спектрах КРС, и их частоты попэдазт как раз з область ме.хду .чЕази|зноннши линиями. Поэтому для расчета полно;", картины сделанных возбуждений в указанно/ облает»; были учтшы нздкагональ.чые элементы Ъц' {¿,С' ~ 3,4)- определителя (I),

путем варьирования магричйьэс элементов, ояискзшдас .взаимодействие возбуждения Б^ с олектронньх'переходи*: Гг* - -Г,1, удалось достаточно хороко'ояксвть перенормировку .кьазйфенонккх ьообузденкй в крайних точках текперахурнс^о интервала, (2 - 300 И), а техке поло-кения квазиэлектронк::: линий. Однако ход рассчитанных кривых (ыокэ-токные смецекпя частот) зал.етно отличается о? оксдермкентьльньзс» .на которых ш.-.сются точки- перегиба.1 Ъ спектрах 1пРС проявляется "лиишие" д;!нип с частотами около 30, и 300 С1.ГА, происхождение которых в. Приближении, кспользовбьном"в гл. I,-не кож«?' быть объяснено. Боз-ко»:ой их причиной могут являться другие взаимодействия, не учить:-. вабике уравнение;.-; (I), например, резонанс аерци или окситокное- вза воздействие.

13 заключении сформулированы. основные результаты работы:

1. выполнено систематическое исследование спектров' КГС кристаллов двойкюс фторидов дития-родких зе;..ель в'интервале температур от 2 до 300 К. Обнаружены Немонотонные.изменения частот■ некоторых ква-

• вкфококних возбзлвдекий-'в 'ргду кристаллов иКР^.-с изменением порядкового кодера: К .иона от До Сибири одной к,той ае те;..порйту-ре и аксиальное уленьзение частот отдельны?: квазкфононных возбуждений и Ц-са,1ке.трил в,кристаллах ЬГПпГ.,, иДдУйР^, при понижении темпера-гуры. .Доказано, что эти эффекты обусловлены переноргироской частот смешанных $$ возбуждений, величина которой определяется аа-ееленностя*«• птарковских подуровней -основного иудамщлета РЗ-кона, а такае относительны.! располоаенией этих п.одурошой и энергий оптических фононов в Г-точке ¡зоны Бриллоэна.■

2. В. кизкотеыпературных спектрах кристаллов , Но Б,, ЫТтЕ), иУ£^ обнаружены линия КРС к ИК .поглощения ка квазтлек-'тронных ьозбуадшиях »• частоты которых коррелируют с -данйши'измерения спектров люминесценции и поглощения. Корреляция ыеаду интенсивно стями соответствующих линий рассеяния и разностями частот наблюдаемых и затравочных электронных возбуждений свидетельствует об оп-

р&делясщеГ. роли всаимодегствия г, возможности наблэденя.- элек-тр^мых переходов в спектрах КРС*

3. впервые обнаружено спонтанное рас.-дсплеь.ме Цененных возбуждений, З^-см, метрик б кристалл;; е ферр.тагьнтко;«! состоянии, измененке зеличин*.: этого расцеплен/.-: с гев'Соп&гу&оК коррелирует с тскператугкой г-лзиехуость:;) сп>:тг.-.нноЛ наыагнлченнссти. Исследование поляризации рассеянного езега позволило сделать вывод о разбиении образца к& дешны с яротигопзложш«*а направления/»: внутреннего ."•нхтм'С полл, изучен процесс менодемгнизацик образца во ыге^.'ем магнитно?: поле, найдена нелнчпна напряженности .-.юь.одо;.;с.ч;. .-зируздего магнитного поля.

4. о спектр« ЬРС кристаллов Li.T6F.ii при температуре Т = 4,2 К и ЬсУйРч при Т » 2 К ¿сверены расцепления вырожденных кв*.злфснсн-хсх всзо;:лце;-:ий Ед-симметрии в зависимости от напряженное?/. внешнего кагнитнего пел;:, параллельного оптической со:; образцов. Найдены аномально большие величины магнитных мокектов ¡.Вс.з;:фононных возбуждений, отзечазцхх одной и той-но ветви колебательного спэктра решетки, сравнимые с магнитиши моментами РЗ.исков.

5. 3 спектре.КГС• кристалла ЬиТбР^ во жо&нем магнитном поле обнаружено и детально исследойоно явленпз антипересечения близкорасположенных квазиолш:трсш1эс и кваз^эн'окИ:-« возбуждений, сопровождающееся гибридизацией этих возбуждений по мере сближения их частот.

6. Уточнены энергии некоторое штарковских-подуровней основных мульТиплетов ионов Тт3* и У63* в кристаллах двойных фторидоЕ. Представлены полные совокупности параметров взаимодействия РЗ ионов с длинноволновой оптическими колебаниями различной симметрии (А31В9, £$) - всего 121 параметр, численнь:е значения которых были скорредти-рованк по сравнении с результатами модельные расчетов в рамках модели обменных зарядов с помощью анализа частот смешанных возбуждений, определенных в'настояцей работе. Полученная информация об ЭЗ взаимодействии в кристаллах двойных вторидов лития-редких земель была использована для прогнозирования величин частот квазиэлектронных возбуждений различной симметрии с общей затравочной частотой, а также для оценок энергий ян-геллеровской стабилизации; эта энергия оказалась меньше удельной упругой энергии кристаллов ЬьЯбц (К = 1)у> Но, Т6, VВ ) с выровденньм или квазквыровденнкм. основные состоянием РЗ ионов вплоть до температуры -I К, что согласуется со структурной стабильностью кристаллов рассматриваемого класса.

Основные результаты работы изложены з следующих цублякецикх:

1. Корабдевг. С.Л., Купчиков А. К.,'Петрова ¡.I.A., Рыскин A.Ü. Фонониое и электронное комбинационное рассеяние света в кристаллах Li'J:-:.' >. 1980, Т. 22, в. 6, с. 1907 - 1909.

2. Купчиков Л.К., «адкин Б.З., Рзаев Д.А., Рыскин к.'/..

ка решетки и олектрск-фонсииюе взахнодействие з кристалле .

'¿IT, т. 24, в. Б, с."2373 - 23Ö0.

3. Купчиков А.К., '^алкпн Б,£., Рыскин Л.И, Электрон-Johohhoc взаи.\:еде;,ствлс и динаыкка решетки кристаллов . Тезисы докладов. УН Зсесоизный симпозиум по спектреског.ии кристаллов, ал-тиБкрозош-к понаып редкозег/.олвыых и переходнкх ыеталлоз. леьгл-грзд* I9S2, с. 105.

4. Кораблева С.Л., Купчиков А.К., лалкин Б.3., Рыскин A.Z. •Спонч^шД'.е к BUiy%enBKe гаиткитополевио эффекты в спектре олектрон-фоионных возбуждении игкнгивс.чого ферромагнетика Li.'^r.. ill, 1924, т. 2о, г. 12, с. 3700 - 3702.

0. Купчиксв А.К., »!алкигГБ.З,, Натадое А,Л., Рыскин А,»1. ¿1агни~ тополевые оффекты в спектрах комбинационного рассеяния света редкоземельных кристаллов. Тезисы докладов.'.УШ Бсесогозкый ¿еофпловский си:.:лоз/.у.м г.о спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходные ке^аллсв. Свердловск, 1985, ч. 2, с. '52.

ö. wB.Z.-. lalnov I.E., Suj-t'ohikcv Л.1С,, Pskarovbkij 7.Н., iiy-kii. Л.I. Zl2сtrоа-?>:гапол «asita'Siaas iu г.'.гс-еагтД ciycicls ¿ijcuii e-rii 3oi.6«liie strucl'urce. • In: Thoaon Pruo-itdin£s o-*

•¡.•I*«- Suooai Iaierr.ationa'1 Сог.£ег;п.ое. J. Kyller, K. iirou, li.Mc-н/Дога, Т. Coilou. Vurld 3cl«iti£ic, 19SD, 'S}S - Г^З.

7. Купчиков А.К. ЕЗКС'ИК-интерпретатор для обслуживания спектроскопического йхеперЛйента, Тезисы докладов I Отраслевого семинара "Автоматизация оптических приборов". Ленинград, 1987, с.'2о.

£. Купчиков А.?:., Уалккн Б.З., Катадзе А.д., Рыскин А.И. исследование элекарон-фононного взаимодействия в.кристаллах щз, 1'Ь, Го ) кбтедог.' комбинационного рассеяния света. £ТТ, ISO?Г т. 29> в. II, с. 3335 - 3344.

9. Купчико в л.К., лалкин Б.З., Натадзе A.A., Рыскин А.И. Низкочасто гиье олектрсн-фононные возбуждения з кристаллах двойных фторидов лития-редких земель. В кн. Спектроскопия кристаллов. Л. Наука, 1989, с. Во - 109.

Л и т е р а т у р а

1. -j, iiu.-ri.7tio iiolü dfeitBi.-nt г^оцоа а-t^-Ssa ia