Неоднородное уширение оптических спектральных линий редкоземельных ионов в смешанных кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. И.УЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА

На правах рукописи

ГИЛЬФАНОВ Ильдар Фагимович

НЕОДНОРОДНОЕ УШИРЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ В СМЕШАННЫХ КРИСТАЛЛАХ

01. 04. 07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ - 1990

Работа выполнена на физическом, факультете Казанского орденг Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственного университета имени В.И.Ульянова-Ленина

Научный руководитель: кандидат физико-математических

наук, доцент Б.Н.КАЗАКОВ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор-Ю.К.Воронько

каццидат физико-математических наук, в.н.с. Г.Г.Халиуллин

Ведущее учреждение: Физико-технический институт

им. А.Ф.Иоффе АН СССР, г.Ленинград

Защита диссертации состоится " ^е/^^дя 1990 г. в М>5С час. на заседании специализированного Совета Д 053.29.02 при Казанском государственном университете имени В.И.Ульянова-Ленина / 420008, г.Казань, ул.Ленина,18 /.

с

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке университета.

Автореферат разослан " л^я 1990 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета М.В.Еремин

; :.у\ ' ; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

отдзл 1

сс ртл; Ак'туальностъ проблемы.^ В.квантовой электронике существует делый ряд проблем, которые успешно решаются использованием в ка-хестве активных сред высококонцентрированных и смешанных криотал-гов."-К такта! проблемам относятся* например, увеличение КПД опти-геских. квантовых.генераторов и- освоение новых областей спектра» 1рименение смешанных кристаллов с их широкими спектральными лини-ши позволяет не только увеличить диапазон перестройки лазера, и юлучить в соответствии с приКЩйтом неопределенности более короткие -импульсы в режиме синхронизации мод, но и дает возможность улучшить согласование источника накачки и активной среды /I/. Вы-зо^кощевддзированные -криоталлы представляют интарес с практической точки зрения как ореды. с .большим коэффициентом уоиления, пригодные для использования в ыалогабаритных лазерах. Такие лазеры уже созданы на многих- высококонцентрированных кристаллах /2/.

- Выявление природы опектральной линии активаторных .центров является одной из важнейших проблем спектроскопии редкоземельных (РЗ)ионов." В высококонцентрированных и смешанных кристаллах однородные и" неоднородные вклады в уширение линии становятся соизмеримыми, что может изменить характер процессов, протекающих в возбужденной состоянии РЗ ионов. Как известно, именно этими процессами и определяется практическая ценность активированных кристаллов, вне зависимости от их назначения. Поэтому твердые растворы^ позволяющие варьировать концентрации компонентов в широких Пределах 'О 'сохранением структуры, представляют особый интерес, ?ак как здесь открываются возможности наиболее эффективного управ-авщя физическими овойотвами материалов.

• Основные механизмы неоднородного уширения спектральных линий в 4гаяоконцентрированшх кристаллах хорошо изучены не только теоретически/3/, «о «и экспериментально С ом. »например, /4/),'Неоднородное уширение линий в стеклах и смешанных кристаллах, обусловленное нерегулярностью ближайшего окружения примесного центра, изучено -значительно меньше.- В работах /5,6/ контуры линий РЗ ионов в стеклах и двойных фторидах типа Ме^Ме*^ описывались как . суперпозиция контуров, рассчитанных методом эквивалентных операторов» К сожалению, практическое применение этого метода, овязано в громоздкими вычиолениями, особенно в случае низкоеишетричных центров.- Попытки' эмпирического описания неоднородного уширения в твер-'

~ 3

'дых растворах замещения были предприняты в ряде работ (напр./7/) В концентрированных парамагнитных кристаллах РЗ соединений проявляется ещё один механизм неоднородного ударения линий - маг нитно-дипольный. В силу случайного пространственного распределен ния тл ориентации магнитных моментов ионов в парамагнитных кристаллах на каждый активаторный центр действует свое локальное маг нитное поле, что приводит к нерегулярному по объему расщеплению либо смещению линий. Подобный механизм уширения привлекался в не которых работах (например,/8/ ) для качественного объяснения наб лвдаемого сужения линий при фазовом переходе регулярных кристаллов в магнитно-упорядоченное состояние.

Таким образом, одной из проблем изучения уширения линий в смешанных диамагнитных и парамагнитных кристаллах и стеклах является отсутствие модели, дашцей аналитическое описание контура спектральной линии.

Задачей диссертации являлось экспериментальное и теоретическое изучение неоднородного уширения спектральных линий, обус-ловленново катионной разупорядоченностью и магнитно-дипольными взаимодействиями, в смешанных кристаллах.

Для решения'поставленной задачи использовался спектрометр высокого разрешения, собранный на базе спектрографа ДФС-8-2 ( фокусное расстояние 2,65 м, решетка 12000 штр/ым, обратная дисперсия 3 Х/ым, относительное отверстие 1:35) . Запись спектров производилась при-помощи измерительно-вычислительного комплекса на базе микро-ЭВМ "Электроника ДЗ-28", разработанного и созданного совместно & Мотыгуллиным И.Г.

Научная новизна работы заключается в следующем. Впервые ' выполнено теоретическое и экспериментальное исследование неоднородного-уширения спектральных линий, вызванного разупорядоченностью ближайшего катионного окружения и мнгнитно-диполышми взаимодействиями, в смешанных кристаллах ТЬ, Ег.УЬЛи.У).

Практическое значение диссертационной работы состоит: I) в обнаружении особенностей формирования контура неоднородно -уширенных спектральных линий в диамагнитных и парамагнитных твердых растворах замещения ; 2) в построении феноменологиче-

ской модели, способной объяснить эти особенности; 3) в том,что полученные результаты могут быть полезны в получении новых смешанных кристаллов с заданными свойствами.

- 4

Автор защищает :

- построенную феноменологическую модель неоднородного уширения оптических спектральных линий, обусловленного катионной. разупоря-доченностыо ближайшего окружения и магнитно-дипольными взаимодействиями, в'смешанных кристаллах без какого-либо ограничения на концентрацию дефектов;

экспериментальные исследования уширения спектральных линий в кристаллах типа 00 СТРУКТУР0Й , вызванного разу-

порядоченностью ближайшей к зонду катионной координации ;

- исследования магнитно-дипольного неоднородного уширения линий оптического спектра примесного центра в смешанных кристаллах в отсутствие внешнего магнитного поля ;

- изучение поведения магнигно-дипольной ширины спектральных линий иона (переход б^15/2 в кРисталле Бу^во внешнем магнитном поле.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции по магнитному резонансу в конденсированных средах (Казань, 1984) , на П Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград,1986) , на IX феофиловском симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активированных, ионами редкоземельных и переходных металлов (Ленинград,1990) , на итоговой за 1986 год конференции КГУ, на магнитных семинарах КГУ.

Публикации. Основное, содержание диссертации отражено в пяти научных публикациях.

Структура и объем -работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографии 47 наименований . Работа содержит .104 страницы машинописного текста, в том числе 22 рисунка и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены критерии выбора объектов исследования и дана их характеристика, описана методика и аппаратура эксперимента. Для изучения неоднородного уширения, вызванного катионной р&зупорядоченностью и магнитно-дипольными взаимодействиями, смешанные кристаллы должны удовлетворять ряду требований. В первую очередь, они должны обладать совершенным изоморфизмом, желательно, чтобы их оптические спектры были хорошо изучены, а концентрация неконтролируемой примеси -.минимальной. Во-вторых, для

~~ 5

проведения систематических исследований '.необходимо большое количество образцов, а следовательно, -технология выралртв&ния"смешанных кристаллов должна быть достаточно 'простой» -Всем изложенным .' требованиям удовлетворяют трифториды редких земель структурного ' типа В диссертации приведены'основные характеристики иссле

дуемых объектов: координаты базисных атомов, параметры.кристаллической структуры и расстояние- от зоцца до ближайшего окружения.;

Запись спектров поглощения и люминесценции проводилась при.' температурах 4,2-30 К и 77 К. Относительная погрешность определе' ния положения и ширины спектральных линий не превышала +0,15 оы~ Для изучения зависимостей положения и ширина от внешнего магнитного поля использовался сверхпроводящий соленоид (НЬтаа= 31 кЗ)

Вторая глава посвящена результатам изучения неоднородного уширения спектральных линий, вызванного катионной разупорядочен-ностыо, в твердых растворах замещения. Контур спектральной линии в ЯехР5 был представлен в виде суперпозиции парциальных контуров, сформированных в свою очередь отдельными активаторными центрами о одинаковым числом "т чужеродных катионов в своем окружении: п

1Ссо)= 21 (I)

т=0

Здесь гх - координационное число (12) , а весовые коэффициенты Рт определяются законом распределения примеси в окружении зонда и удовлетворяют условию нормировки:

ТТ И1=0

Для экспериментального определения закона распределения примеси была изучена линия люминесценции 5433 А ионов Ег^ перехода Ч^в системе при 4,2 К (Рио.1) . Оказалос!

что смещение центра тяжести пропорционально концентрации, а ширина линии - [ Х(1 - X)]* . Асимметрия спектральной линии была количественно оценена по формуле

. .. г-А-Ь) ч ~ '

где Д-) - полная ширина, а и - части ширины, находящиеся соответственно слева и справа от пика линии. Полученные таким образом значения хорошо аппроксимировались выражением:

$ = (.21,9+1,5)112Х С1-Х)С1т2Х)}. Эти эксперименты показали, что смещение,ширина и асимметрия контура спектральной линии пропорциональны соответствующим моментам , V - б -

Эиномиального закона. Следовательно, в выбранной модельной системе отсутствовав сегрегация,и. распределение примеси, влияющее на формирование контура линии, подчинялось биномиальному закону.

18590

г- 3+

Рис.I Спектры люминесценции ионов £Г в смешанных кристаллах ПРИ Т = 4,2 К и X: 0.99(1) ; 0,8(2); 0,5(3) ;0,2(¿); 0(5) . Кружочками отмечены результаты численного расчета

Для построения модели неоднородного уширения, связанного с катионной разупорядоченностью, ш предположили, что все остальные механизмы уширения отсутствуют. В линейном приближении аддитивности действия дефектов отдельный активаторный центр генерирует бесконечно узкую линию, имеющую частотный сдвиг со(-Ц,.,.,гт). С учетом всевозможных размещений т ионов по п катионнъш позициям, выражение для парциального контура было представлено в виде:

где штрих у символа суммы указывает на необходимость исключения совпадающих индексов. Представление &-функции в виде Фурье-преобразования позволило провести дальнейший анализ парциального и суммарного контура методом моментов. Были получены выражения первого и второго центральных моментов контуров 1тОо)н 1(£о)

ТГ

М(1) = X г

Г' = «ц-ц^-кЬ (4)

пСп-1)

3С2)= Х(1-Х)й,

г»

45)

п 2

где Г= - максимальное смещение линии, а определя-

ет максимальную ширину' линии в смешанном ряду. Численные оценки ■доказали, что контур т-го -кластера яри любых т может быть от;--

'сан функцией Гаусса. Расчеты также показали, что суммарный конту при X = 0,5 близок к гауссову-. Этот результат хорошо согласует ся с экспериментом.

Контур спектральной линии в смешанном кристалле может, быть описан моментами С5) , если уширение, не связанное с разупорядоченностью ближайшего катионного окружения, пренебрежим' мало. Такое приближение не применимо для всего диапазона концентрации, поскольку при Х-»0 и Х-»-1 преобладают другие механизмы уширения. В этом случае парциальный контур 1^(00) был представлен в виде свертки двух контуров: первый обусловлен катионной разупорядоченностью, второй - всеми остальными однородными и неоднород-'ными механизмами уширения. В крайних точках смешанного ряда ширина контура равна ширине парциальных контуров, соответствующих т= О и т=12. Согласно (4) и (5) , катионная разупорядоченность в этих точках отсутствует и, следовательно, эти контуры сформированы прочими механизмами ущирения. Эксперименты показали, что контур спектральной-линии в ^ близок к лоренцову. Для промежуток ных значений т была принята линейная интерполяция лсо^

Поскольку контур, сформированный разупорядоченностью ближайшего катионного окружения, имеет гауссову форду, то гаусоова ширина парциального контура равна

где с1 - коэффициент катионной разупорядоченнооти.

•Таким образом, парциальный контур имеет вид функции Фойгта, а вклад гауссовой компоненты определяется параметром разупорядоченнооти с1 , который согласно (4) и (7) связан с эмпиричеокиыи параметрами г и К соотношением:

Суммарный контур с учетом всех механизмов уширения будет определяться по-прежнему формулой (I) .

В следующем разделе представлены результаты экспериментальных исследований контура спектральной линии в смешанных кристаллах ^¡¡.х СЯе «бсА.Ег^ЬДи/У) с использованием в качестве зонда ионов Ег5+и Эт5"*. При увеличении концентрации одной из компонент центр тяжести линии люминеоценции во всех твердых растворах замещения изменялся линейно с X.

~ 8 ~

Таблица I ,

Параметры, характеризующие контур линии люминесценции иона Ьг ( А = 543 нм, ")в смешанных кристаллах при Т=4,2 К

ястема ¿V 0, р,/0 К,см"2 Ь,см2 С, см2 г, см1 ¿рм.СМ1 <19те,см-1

1-ХЕгХГ3 0,34 21,5 9,7 2,1 0,2 0,41 -

ЧхЕгхрз 1.85 70,7 7,7 ■4,1 3,5 0,73 -

2,91 141,8 0,1 1,5 10,8 1,00 0,80

5,29 203,4 5,0 1,5 8,2 1,22 1,18

5,63 213,1 3,8 6,9 8,4 1,25 -

сЦ-х^Ь^з 7,48 392,2 2,0 0,0 11,9 1,70 1,74

Концентрационная зависимость ширины спектральных линий в сме-шых кристаллах с учетом разупорядоченности катионного окружения эошо аппроксимировалась в гауссовом приближении выражением :

д-)2 = КХС1-Х)+ВХ2+С , (9)

з параметры уширения Я , В и С для ионов Ег5+ представлены в 5л. I. Из полученных экспериментально величин Г и Я для каждой зтемы были рассчитаны по (.8) коэффициенты разупорядоченности рас. Эти значения использовались в качестве "затравочных" при 1роксимации экспериментального контура суперпозицией парциал'ь-с контуров, представленных в виде функции Фойгта. Ширина гауссо-5 и лоренцевой компоненты определялась по (6) и С?) соответст-шо. Методом наименьших квадратов подбирался параметр <АЭКС, опаляющий вклад гауссовой компоненты, обусловленной катионной ¡упорядоченностью. Расчетные и экспериментальные параметра ¡дставлены в Табл.1. Как видно из Рис.1, феноменологическая мо-1Ь. хорошо описывает эксперимент для системы Столь

хорошее согласие с экспериментом получено и для других твердых ¡творов, в которых катионная разупорядоченность является основ-[ причиной неоднородного уширения. Небольшое отклонение расчет: параметров катионной разупорядоченности от экспериментальных утверждает корректность построения феноменологической модели.

Третья глава посвящена изучению магнитно-дипольного неодно-[ного уширения в смешанных кристаллах в-отсутствие 'внешнего маг-■ного поля. В высококонцентрированных и смешанных парамагнитных юталлах вклад в неоднородное уширение спектральных линий маг-

Рис.2 Влияние внешнего и молекулярного поля на ширину спектральной линии в кристалле ТЬ^ :

1 - Н0= О, Т = 4,2 К,

2 - Н0= 25 кЭ, Т = 4,2 К

3 - Н0= О, Т = 4,2 К,

4 - Нп= О, Т = 2 К.

453.0

4515

Х.нм

нитно-дипольных взаимодействий становится соизмерим с вкладом, обусловленным катионной разупорядоченностью. В парамагнитных кристаллах с упорядоченной катионной подрешеткой этот вклад в ширину линии может быть преобладающим. Иллюстрацией такой ситуации может служить изменение контура спектральной линии иона в ТЬР5 при наложении внешнего магнитного поля или при переходе кристалла в магнитоупорядоченное состояние (Рис.2) . Для выделения магнитно-дипольных взаимодействий были исследованы смешанные кристаллы > в котоРых: ионы являлись диамагнитными, катионы йе' имели магнитный момент ^х. , а зоцц имел спин равный Б =1/2. Анализ контура линии, уширенной маг-нитно-дипольными взаимодействиями, выполнен методом кластерных компонент в приближении изотропности д -факторов. Поскольку значение локального магнитного поля на РЗ зонде зависит не только от числа и расположения т ионов Ке' в ближайшей координационной сфере, но и от ориентации их магнитных моментов, выражение для парциального контура в этом случае имело вид :

а и - факторы расщепления комбинирующих состояний,

Сю)

H(i1,...,im') - локальное магнитное поле, - магнетон Бора. При" ¡уммировании учитывались всевозможные размещения m ' ионов по п сатионным позициям, а"угловыми скобками обозначено усреднение по эриентациям . Для анализа парциального и суммарного контура 1инии методом моментов так же, как и в главе 2, мы воспользовались Еурье-преобразованием S -функции. Получено следующее выражение }ля второго момента спектральной линии

где L = 2 , R^ - радиус-вектор \ -то магнитного момента.

Расчет второго момента при наличии двух'типов магнитных моментов с учетом аддитивности их вклада привел к следущему резульТаТУ: . MW) = (12)

Оценка величины £ = М^/(Мсг))2» проведенная в приближении « и const , для X > 0,1- показала, что форма линии близка к га-. уссовой.

В следующем разделе представлены результаты экспериментального исследования контура нерезонансной линии люминесценции иона Ег5* ( X = 5433 А, ^£>3/2,смешанных кристаллах Re^ (Re ^Yb, ) в- отсутствие' внешнего магнитного поля, В регулярных кристаллах ReF3 вклад гауссовой, компоненты линейно растет от 0,9 см"1 (Y3"tjU=0) до 3,2 см"1 (Ег3^» 9,38) по мере роста магнитного момента ионов, о кружащих- зонд. Наблюдаемое увеличение гауссовой компоненты находится в качественном согласии с теоретической моделью, согласно которой магнитно-дипольная ширина ¿k-JMt) должна линейно расти с ростом /л. (см. (II)) . Для количественных оценок из ширины линии была выделена ширина А^мэ в' пРвД" положении, что все прочие механизмы уширения в гомологическом ряду кристаллов из-за близости их физико-химических свойств дают одинаковый вклад : .2 ,2 ,1/г

Полученные значения хорошо аппроксимировались выражением

дЛп> = С0,35Ю,05)/1 см"1 . (13)

В главе 2 было показано, что ширина спектральных линий в диамагнитных твердых растворах ¡замещения хорошо описывается в гауссовом приближении выражением (9) ..Для описания ширины линии в парамагнитных смешанных кристаллах необходимо в ( 9) добавить магнитно-дипо л ьный вклад в ширину.спактралщзой линии, который определя-

Рис.3 Концентрационная зависимость ширины спектральной линии 5433 А иона Ег3*в кристалле ЧЦ^Ег^Р^ при Т = 4,2 К. Сплошными линиями изображены аппроксимации: полной ширины (I) по формуле (9) , магнит-но-диполъной ширины (2) - по (13).

О 0.2 0.4 О.Ь 18 1Х

ется выражением (II) или (12) :

10С(1-Х) + &Х2+С+А^№. (14)

Для примера на Рис.3 показана концентрационная зависимость полной дО. и магнитно-дипольнойг^ ширины линии люминесценции в смешанных криаталлах . В этом случае магнитно-дипольный вклад в. (13) определялся выражением (12) , а ширина лиши

(15)

где параметры уширения равны Я =(57,8+3,0) С =(2,1+0,2) см"2 и с =(0,33+0,15) см-1. Отклонение параметров Я , Ь и С- от приведенных в Табл.1 связано с учетом магнитно-дипольных взаимодействий. В соответствии с (II) константа с была рассчитана по формуле _ ^

Полученное

значение константы 0,26 см находится в хорошем согласии с результатам! независимых экспериментов (см. (13) и(15)), что говорит о корректности предложенной модели.

В четвертой главе исследовано влияние внешнего магнитного поля Н0 на ширину и положение оптических спектральных линий ионов Ьу5+в магнитноконцентрированном кристалле "Ву . Из-за наличия двух магнитно-неэквивалентных центров в в зеемановском спект-

ре могут наблюдаться четыре компоненты. Наложение внешнего магнитного поля на кристалл при температуре 4,2 К и выбранной ориентации образца привело к расщеплению на четыре зеемановские

12

В> =(0,1+1,5) см2,

Рис.4. Влияние внешнего магнитного поля на положение зеемановских компонент линии поглощения ионов С. 453 нм) 'в кристалле йу^»

О 3 5 9 12 15 И 21 24 2? 30 33 Н,,*Э

(16)

компоненты Ьшдь одной спектральной линии исследуемого перехода ( X = 4354 А, Другие оптические линии либо уширя-

лись, либо расщеплялись на меньшее число зеемановских компонент. На Рис.4 приведена зависимость от Н0 положения зеемановских компонент относительно нерасщепленной линии. Из аппроксимации методом наименьших квадратов результатов измерений в сильных магнитных полях были найдены следующие выражения (см"-'-) : ДГ1= ( 0,47+0,02)Нц/кЭ + 0,69+0,6 ДГ3= (0,29+0,02)Н0Д:Э + 0,6+ 0,5 , (0,21+0,02)Н0/кЭ + 0,5^0,5 , ЛГ2= (.0,07+0,02)Н0/кЗ+ 0,2+0,5 .

Смещение зеемановских компонент определяется выражением

дг^ = М31уцьн0 + сопъ*,

где г обозначает тип ■ центра: I - центры I типа, 2 - центры П типа. Сопоставление результатов эксперимента с расчетами по модели кристаллического поля позволило однозначно интерпретировать •зеемановский спектр (.Рис.4) и определить значения эффективных <3 - факторов: линии 1,2 принадлежат I типу магнитного центра (<3^ 11,5 , 8,6) , линии 3,4 - П типу магнитного центра

' По модели кристаллического поля с учетом анизотропии кристалла при внешнем магнитном поле 20 кЭ для магнитно-неэквивалентных центров было рассчитано расщепление основного состояния 11,4 см~^, Дг= 10,5" см--^ и нижнего подуровня терма /Ц =9,58 сП* .

Л^ ^4,34 см--'-. При данном значении поля Н0~1 и расщепления

- 13

равны соответствующим эффективным ^ -факторам комбинирующих уровней. Как вадно, расчетные значения удовлетворительно согласуются с найденными экспериментально. Вычисленные среднеквадратичные флуктуации частот четырех зеемановских компонент исследованного перехода при 4,2 К и поле Н0= 20 кЭ практически совпадают: Д«^ 0,91 см"1, Д«г = 0,87 см"1, Д£0^ = 0,89 см"1, Д«А= 0,88 см7: и удовлетворительно .согласуются с экспериментальным значением магниТно-дипольной ширины (ь^ (Н0 = 20 кЭ) = 0,6 см"-*-) , выделе! ной в гауссовом приближении.

Основные результаты Выполненные нами спектральные исследования в смешанных три-фторидах редких земель Ие^^е* показали, что эти системы являются прекрасными модельными системами для изучения неоднородного уширеш$я линий. Выделены две основные причины неоднородного уширения в смешанных кристаллах: разупорядоченность ближайшего к зоаду катионного окружения и магнитно-дипольные взаимодействия. Правомерность применения приближения кластерных компонент при построении феноменологической модели неоднородного уширения спектральной линии в смешанных кристаллах подтвердилась не толью нашими экспериментами и численными расчетами, но и другими работами (см., например, /9,10/).

Результаты наших исследований заключаются в следующем:

1. На -основе метода кластерных компонент и статистической теории Стонхейма построена простая феноменологическая модель неоднородного уширения спектральных линий, вызванного катионной разупорядоченностью, в смешанных кристаллах без какого-либо ограничения на концентрацию дефектов. Показано, что в этом случае неоднородная ширина пропорциональна [ХО-Х)!^2, а форма линии является гауссовой. Для описания поведения контура спектральной линии в твердых раотворах замещения в этой модели использовалось лишь два эмпирических параметра - максимальный сдвиг спектрально: линии в смешанной ряду и её ширина при X = 0,5.

2. Экспериментально изучен контур спектральных линий ионов Ег3 и Ьтъ+в твердых растворах замещения Ке^Яе'^ Р3 = (лсА.Ег.ЧЬ,^; структурного типа ЧТ3 в температурном диапазоне 77 - 4,2 К. Н основе построенной модели получены аналитические зависимости сме щения, ширины и асимметрии линии от концентрации редкоземельных ионов во всем ряду смешанных кристаллов.

3. В изотропном приближении построена феноменологическая мо-

- 14 -

ель неоднородного 'уширения в"смешанных кристаллах, обусловленная1 агнйтно-дйпольными взаимодействиями' в. отсутствие внешнего маг-итного'поля.-"Согласно анализу. контура методом моментов неоднородное • уширение'-в этом случае также приводит к гауссовой форме " ■ - - ' • v 1/í . онтура, а ширина.контура пропорциональна X .

'" 4.-Экспериментально исследовано магнитно-дипольное неодно-юд'ное ■уширение' спектральных линий ионов Erí+ в. кристаллах ¡*e,'v ( = Y,-Er,Yb) при Т =-77'К и 4,2 К в отсутствие

1-Х л о. - -

¡нешнего магнитного поля,- Полученные результаты хорошо согласуйся с теоретической" моделью. ".''•,'■,'

5. Впервые, изучено магнигно-дипольное неоднородное уширение пектральных линий ионов в регулярной матрице Dy F3 при

1 = 4,2 К во внешних магнитных полях (Homw= 31 кЭ) . Из экспери-[ентов определены эффективные значения g -факторов основного <бН15/,2)и возбужденного уровней. Рассчитанные в прибли-

зили кристаллического поля зависимости смещения зеемановских :омпонент и значения неоднородной ширины, вызванной магнитно-ди-юльными взаимодействиями, хорошо согласуются с экспериментальными.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих >аботах:

1. Казаков Б.Н., Столов А.Л., Гильфанов*И.Ф. Магнитно-ди-юльное уширение спектральных линий в смешанных кристаллах // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по магнитному резонансу ¡ конденсированных средах . - Казань,1984. - 4.1.-С.59.

2. Неоднородное уширение линий в трифторидах редких земель, (бусловленное разупорядоченностью катионного окружения /Гиль-занов И.Ф., Казаков Б.Н., Климачев А.Ф., Столов А.Л.// ФТТ. -!985. - Т.27, вып.12. - С.3534-3538.

3. Неоднородное уширение спектральных линий в смешанных сристаллах /Гильфанов И.Ф., Казаков Б.Н., Климачев А.Ф.,Столов 1.Л. // Тезису докладов П Всесоюзной конференции молодых уче-¡ых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика". - Ленинград,1986. - С.444.

4.Магнитйо-дипольное неоднородное уширение спектральных ганий в смешанных кристаллах / Гильфанов И.Ф., .Казаков Б.Н., Слимачев А.Ф., Столов А.Л.// ФТТ. - 1986. - Т.28,вып.П. -".3329. -3332. " "

5. Магнитно-дипольное уширение спектральных линий иоков _Dy3+в кристалле DyP3 // Гильфанов И.Ф., Казаков Б.Н., Клима-

чев А.Ф., Столов A.JI.// Материалы IX Всесоюзного феофиловского симпозиума по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов: Тез.докл.- Ленинград.-1990. - С.78.

Цитированная литература

1. Антипенко Б.М., Мак А.А. Твердотельные лазеры. Современные проблемы спектроскопии// Спектроскопия кристаллов.- Л.:Наукг 1985. - С.5-21.

2. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов /Каминский А.А.,Аминов Л.К.,Ермолаев В.Л. и др„ - М.:Наука,1986.- 272 с.

3. Stoneham A.M. Shapes of inhomogeneous broadened, resonance lines in solids//Rev.Mod.Phys.-1969.-V 41,И I.- P.82-108.

'4. Неоднородное уширение резонансных линий примесных центре и дефекты решетки в кристаллах Zns и СаР^ , подвергнутых пластической деформации /Архангельская В.А., ВальковскиЙ С.Н. ,Васил] ев А.В. и др.// ФТТ. - 1980. - Т.22,вып.5.- С.1394-1402.

5. Давыдова М.П., Катаева О.Н., Столов А.Л. Расчет неоднородного уширения линий в смешанном кристалле 5ai_xSrxF2 "Ег"3+ //Оптика и спектроскопия. - 1980. - Т.48,вып.I. - С.190-192.

6. Пржевуский А.Е. Инвариантные параметры и статистическое моделирование оптических центров РЗЭ в стеклах// Спектроскопия кристаллов. - Л.:Наука,1983. - С.82-95.

7. Бондарь И.А., Валтере А.Я., Мезенцева Л.П. Исследование характера неоднородного уширения спектральных линий твердых рас1: воров замещения LaIEux_xI>205 ^ Материалы У1 Всесоюзного феоф! ловского симпозиума по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов: Тез.докл. - Краснодар.- 1979. - С.59.

8. localization of the optical excitation in the magnetic phase of TbFj and TbAlO^/Joubert Ы.Р., Linares C., Jacq|uir B., -Wanklin B.//J.Luminescence.- 1984.-V.31/32', part 2.- P.90-92.

9.Неоднородное уширение спектральных линий в гранатах

(у . Er )3А1с012 t /Агладзе Н.И., Жеков В.И., Мурина Т.М..Попов* М.п. // У11Г Всесоюзный феофиловский симпозиум по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных м! таллов; Тез.докл..- Свердловск.- 1985. - Ч.П.- С.118.

10. Asatran H.R. ESR study of Мо3+ containing mixed yttrium-scandium-aluminium garnet single cryBtala/ZPhys.Stat.Sol.(b).-1988.- V.I55.- P.253-259. _ l6 fr .