Al2O3:V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究

提出了解释掺杂离子局域结构畸变的配体平面移动模型,建立了此模型下晶体微观结构与自旋哈密顿参量之间的定量关系.在考虑自旋与自旋、自旋与另一电子轨道和轨道与轨道作用等微小磁相互作用的基础上,采用全组态完全对角化方法,对Al2O3晶体中V3+的局域结构和自旋哈密顿参量进行了系统的研究.结果表明,V3+掺入Al2O3晶体后,上下配体氧平面间距离增大了0.0060 nm.从而成功地解释了Al2O3:V3+晶体的自旋哈密顿参量.在此基础上,研究了三角晶场下3d2离子自旋哈密顿参量的微观起源.研究发现,自旋三重态对自旋哈密顿参量的贡献是主要的,微小磁相互作用对自旋哈密顿参量的贡献只与自旋三重态有关.     

Al2O3:V3+晶体局域结构及其自旋哈密顿参量研究

提出了解释掺杂离子局域结构畸变的配体平面移动模型，建立了此模型下晶体微观结构与自旋哈密顿参量之间的定量关系.在考虑自旋与自旋、自旋与另一电子轨道和轨道与轨道作用等微小磁相互作用的基础上，采用全组态完全对角化方法，对Al₂O₃晶体中V³⁺的局域结构和自旋哈密顿参量进行了系统的研究.结果表明，V³⁺掺入Al₂O₃晶体后，上下配体氧平面间距离增大了0.0060 nm.从而成功地解释了Al₂O₃:V³⁺晶体的自旋哈密顿参量.在此基础上，研究了三角晶场下3d²离子自旋哈密顿参量的微观起源.研究发现，自旋三重态对自旋哈密顿参量的贡献是主要的，微小磁相互作用对自旋哈密顿参量的贡献只与自旋三重态有关.     

三角对称下3d3离子2E态g因子性质研究

采用完全对角化方法,以尖晶石结构的ZnAl2O4:Cr3+,ZnGa2O4:Cr3+和MgAl2O4:Cr3+系列晶体为例,联系晶格局域结构,对三角对称下3d3离子2E态g因子性质进行了研究.研究中考虑了包括自旋与自旋相互作用、自旋与另一轨道相互作用以及轨道与轨道相互作用在内的微小磁相互作用.对ZnAl2O4:Cr3+ 体系2E态g因子给出了理论解释,说明了ZnGa2O4:Cr3+体系的g‖(E′)应为负值,并从理论上预测了MgAl2O4:Cr3+体系2E态g因子数值.研究表明,微小磁相互作用对2E态g因子的贡献较大,在计算中是不可忽略的;相对于基态g因子来说,2E态g因子随晶格局域结构变化较为敏感.     

掺入Ni~(2+)和V~(3+)对α-Al_2O_3晶体光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵,计算了V3+∶α-Al2O3和Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量,研究了掺入两种互补态离子Ni2+和V3+对同种晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响,理论计算值和实验值相符.研究发现:掺杂没有改变晶体的光谱精细结构和能级分裂条数,但改变了能级间距;掺杂也没有改变晶体的对称性,但使晶体局域结构发生了一定程度的畸变;Ni2+∶α-Al2O3晶体局域结构的伸长畸变量大于V3+∶α-Al2O3晶体,键角的变化量小于V3+∶α-Al2O3晶体.     

ZnSiF66H2O∶Fe2+晶体光谱结构的杨特勒效应和电子顺磁共振g因子

研究了过渡金属络合物ZnSiF66H2O∶Fe2+晶体光谱结构的杨特勒效应和电子顺磁共振g因子。由单晶的中子衍射方法得到ZnSiF66H2O∶Fe2+的晶体结构,这种结构可以用SiF2-6和Zn(H2O)++∶Fe2+两个离子来描述。而局域三角对称的Zn(H2O)++∶Fe2+离子反映了这种晶体的主要光谱性质。利用不可约张量的理论构成了晶体场和自旋轨道相互作用哈密顿矩阵和电子顺磁共振理论公式,求出了晶体ZnSiF66H2O∶Fe2+中Fe2+离子的电子顺磁共振零场分裂参量(D,F-a)及g因子,并研究了低自旋3L态对电子顺磁共振零场分裂参量的贡献是不能忽略的,而对g因子的贡献是非常小的,并理论计算了它的晶体结构,证实了杨特勒效应的存在,理论计算的结果与实验值是相符的。     

ZnO:Fe~(3+)体系局域晶格结构的研究

本文采用对角化三角场中d5组态离子的完全能量矩阵的方法,研究了Fe3+离子在Zn O:Fe3+体系的局域结构与EPR参量的关系,结果表明:在Zn O:Fe3+体系中,Fe3+取代了Zn2+离子后整个晶体显示出压缩畸变,其畸变参量ΔR=-0.119和Δθ=0.339°被确定.     

ZnAl2O4:Cr3+晶体4A2基态ZFS及其三角晶格畸变研究

用对角化哈密顿矩阵的方法,借助New man晶场叠加模型,研究了ZnAl₂O₄:Cr³⁺晶体的基态零场分裂(ZFS)及其电子光谱,理论结果与实验一致.定量研究表明,掺杂晶体ZnAl₂O₄:Cr³⁺中,络离子(CrO₆)^9-局域结构应有压缩的三角畸变(△θ=3.06°).同时指出,自旋二重态对⁴A₂基态ZFS参量b₂⁰的贡献不可忽略,而对g因子的贡献甚微.     

KCdF3晶体中Cr3+-Li+中心局域结构研究

利用零场分裂参量与晶体结构之间的定量关系,研究了双掺杂晶体KCdF3∶Cr3+,Li+的局域结构.指出,对于 KCdF3∶Cr3+,Li+晶体,四角晶场的形成包含两个方面:(1)由于电荷补偿而产生的等效电荷形成的四角对称晶场;(2)Cr3+的局域结构发生晶格畸变而产生的四角对称晶场.事实上,当Cr3+和Li+掺入KCdF3晶体时,Cr3+代替了Cd2+离子;由于Cr3+离子与Cd2+离子的半径不同、电荷不同、质量不同,导致Cr3O+的局域结构发生晶格畸变,由此而产生四角对称晶场;由于电荷补偿,Li+ 离子取代了[001]方向与Cr3+离子邻近的Cd2+离子,由此产生的等效电荷而形成的四角晶场.这样,Cr3+的局域结构由Oh对称变为C4v点对称 .文中建立了ZFS参量和晶体结构之间的定量关系.在考虑晶格畸变和等效电荷的基础上,研究了KCd F 3∶Cr3+,Li+晶体的ZFS参量,理论结果和实验符合很好.得到了F-离子向中心离子分别移动为ΔR1=0.00268nm,ΔR2=0.001nm,ΔR3=0.00165nm .     

晶体材料中3d2态离子自旋哈密顿参量的微观起源

采用了中间场耦合图像，考虑了以前研究中被忽略的SS (spin-spin)磁相互作用以及SOO (spin-other-orbit)磁相互作用，利用完全对角化方法，研究了3d₂态离子在三角对称 (C_3v, D₃, D_3d)晶体中自旋哈密顿(SH)参量的微观起源.发现自旋哈密顿参量 (包括零场分裂参量D和g因子g∥,g⊥)来自四种耦合机理：（1）SO (spin-orbit)耦合机理; (2) SS耦合机理；（3）SOO 关键词： 自旋哈密顿参量 2态离子')" href="#">3d₂态离子 三角对称晶场 SS与SOO作用 SO-SS-SOO联合作用机理     

MnFe2O4晶体的基态能级和零场分裂参量

由不可约张量理论构成一个3d4/3d6离子三角(C3V)对称的晶体场和自旋-轨道相互作用哈密顿矩阵,由这个晶体场和自旋-轨道相互作用哈密顿矩阵被完全对角化后能够求出MnFe2O4晶体中的Fe2+离子的电子顺磁共振零场分裂参量D和F-a,计算了低自旋态(3L态)对电子顺磁共振零场分裂参量(D,F-a)的贡献.结果显示低自旋3L态对电子顺磁共振的零场分裂参量的贡献是较强的.理论计算的结果与实验值是相符的.     

掺杂晶体材料Al2O3∶Ni2+中顺磁离子N2+局域结构及其电子顺磁共振参量的研究

按照叠加模型和微扰理论,建立了电子顺磁共振（EPR）参量（D, g_∥, g_⊥）与Al_2O3∶Ni²⁺晶体局域结构之间的定量关系. 利用EPR参量决定了Al₂O₃∶N i²⁺晶体的局域结构. 通过考虑适当的晶格畸变,成功地解释了Al₂O₃∶Ni²⁺晶体基态很大的零场分裂和各向异性的g因子. 获得了Ni²⁺ 离子上方最近邻的三个O^2-离子偏向111〕晶轴0.603°, 而Ni²⁺离子下方的三个O^2-离子偏向〔111〕晶轴0.598°.     

Al2O3吸附[Cu(H2O)6]2+基团的自旋哈密顿参量和四角畸变

采用微扰方法和对角化完全能量矩阵法计算了Al₂O₃粉末吸附的四角对称[Cu(H₂O)₆]²⁺基团的自旋哈密顿参量（g因子g∥,g_⊥和超精细结构常数A_∥和A_⊥）. 计算结果表明用这两种理论方法计算的自旋哈密顿参量很接近,并且都与实验结果比较一致. 表明这2种方法都可用于晶体中3d9离子基团的自旋哈密顿参量的研究,通过计算,我们还获得了[Cu(H₂O)₆]²⁺基团四角畸变的大小,并对结果进行了讨论.     

AN INVESTIGATION FOR THE Cd2+-VACANCIES IN RbCdF3 and CsCdF3 CRYSTALS DOPED WITH Fe3+ IMPURITIES

This paper presents high-order perturbation calculations for the zero-field splitting parameters D, F, and a of Fe³⁺-V_Cd pairs in RbCdF₃ and CsCdF₃ crystals doped with Fe³⁺ impurities. In comparison with experimental data, the present results are better than those obtained in previous work by using the phenomenological su-perposition model of spin-Hamiltonian. Moreover, the crystal fields arising from the Cd²⁺-vacancy and their induced crystal lattice distortion are analysed and calculated. It is found that the contribution from the Cd²⁺-vacancies cannot be ignored. Mena-while, we obtain that a ligand F^- along the [001]-axis moves towards the central Fe³⁺ ion by Δ= 0.0020nm in RbCdF₃ and 0.0028nm in CsCdF₃. These results are quite different from Δ = 0.0104nm and Δ = 0.0112nm, respectively, obtained in previous work by using the superposition model of spin-Hamiltonian and ignoring the effect of the vacancy.     

n(Zn)：n(Ga)比值对合成ZnGa2O4结构及光致发光性能的影响

以ZnO和HGaO₂为原料,用不同配比合成出系列ZnGa₂O₄,并对其晶体结构和发光性能进行了研究。用荧光分光光度计检测了ZnGa₂O₄的激发和发射光谱,用X射线衍射仪检测了ZnGa₂O₄的衍射图谱,用热重差热仪绘制了TGA-DAT曲线。对检测结果分析认为:1.ZnGa₂O₄属于尖晶石结构,稍过量的Zn或Ga能进入ZnGa₂O₄结构中,并对ZnGa₂O₄的晶格常数产生一定影响。2.ZnGa₂O₄存在两个自激发光中心,当Ga稍过量时,自激发光中心是四面体镓氧键[T_d(Ga-O)],最大激发波长约248nm,最大发射波长约367nm;当Zn稍过量时,自激发光中心是八面体镓氧键[O_h(Ga-O)],最大激发波长约270nm,最大发射波长约441nm。当n(Zn):n(Ga)在理论值附近,激发和发射光强度最大,而且光谱峰位发生了红移。3.ZnGa₂O₄的热稳定性能非常好。上述结论对研究ZnGa₂O₄基质或掺杂的发光材料具有一定意义。     

Spectroscopic properties of ZnWO4 single crystal doped with Fe and Li impurities

The influence of Fe and Li co-doping on optical properties of ZnWO₄ crystals have been investigated by optical spectroscopy and electron paramagnetic resonance (EPR). The iron ions were added to the ZnWO₄ composition in the form of Fe⁰, FeO or Fe₂O₃. EPR has been used for determination of the Fe³⁺ concentration. The luminescence and excitation spectra obtained at different temperatures are presented. Under excitation 325 nm, two bands were observed: blue-green emission peaked at 490 nm and red peaked at 650 nm. The blue- green emission is related to Fe³⁺ and their shape depends on the doping method. The red emission is not related to the Fe³⁺.     

KCdF3晶体中Cr3+-Li+中心局域结构研究

利用零场分裂参量与晶体结构之间的定量关系,研究了双掺杂晶体KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺的局域结构。指出,对于KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体,四角晶场的形成包含两个方面:(1)由于电荷补偿而产生的等效电荷形成的四角对称晶场;(2)Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变而产生的四角对称晶场。事实上,当Cr³⁺和Li⁺掺入KCdF₃晶体时,Cr³⁺代替了Cd²⁺离子;由于Cr³⁺离子与Cd²⁺离子的半径不同、电荷不同、质量不同,导致Cr³⁺的局域结构发生晶格畸变,由此而产生四角对称晶场;由于电荷补偿,Li⁺离子取代了[001]方向与Cr³⁺离子邻近的Cd²⁺离子,由此产生的等效电荷而形成的四角晶场。这样,Cr³⁺的局域结构由O_h对称变为C_4v点对称。文中建立了ZFS参量和晶体结构之间的定量关系。在考虑晶格畸变和等效电荷的基础上,研究了KCdF₃:Cr³⁺,Li⁺晶体的ZFS参量,理论结果和实验符合很好。得到了F^-离子向中心离子分别移动为ΔR₁=0.00268nm,ΔR₂=0.001nm,ΔR₃=0.00165nm。     

Theoretical Studies of Electron Paramagnetic Resonance Parameters for Cr4+ Ions in Ca2GeO4 Crystals

The electron paramagnetic resonance (EPR) parameters (zero-field splitting D and g factors g_||, g_⊥) of Cr⁴⁺ ions in Ca₂GeO₄ crystals have been calculated from the complete high-order perturbation formulas of EPR parameters for a 3d² ion in trigonal MX₄ clusters. In these formulas, in addition to the contributions to EPR parameters from the widely used crystal-field (CF) mechanism, the contributions from the charge-transfer (CT) mechanism (which are often neglected) are included. From the calculations, it is found that for the high valence state 3dⁿ ions in crystals, the reasonable explanation of EPR parameters (in particular, the g factors) should take both the CF and CT mechanisms into account.     

Theoretical Calculations of g Factors and Hyperfine Structure Constants for Co^2＋ in Cd^2＋（I） and Cd^2＋（Ⅱ） Sites of CsCdCl3 Crystal

The g factors g||,g⊥ and hyperfine structure constants A||,A⊥ for two trigonal Co^2 centers (i.e.,Co^2 in Cd^2 (I) and Cd^2 (Ⅱ) sites) in CsCdCl3:Co^2 crystals are calculated from the high-order perturbation formulas based on the cluster approach.In the calculation,the contributions from covalency effect and configuration interaction effect are considered and the parameters related to both effects are obtained from the optical spectrum and the structure data of the studied system.The results are in good agreement with the observed values.     

Theoretical studies of spin-Hamiltonian parameters for Ni ions in CsMgX3 (X=Cl, Br, I) crystals from the two-mechanism model

In this paper, the high-order perturbation formulas of spin-Hamiltonian (SH) parameters (g factors g, g and zero-field splitting D), including both the crystal-field (CF) and for the first time charge-transfer (CT) mechanisms, are established for 3d⁸ ions in trigonal octahedral clusters. By using these formulas, the SH parameters of Ni²⁺ ions in CsMgX₃ (X=Cl, Br, I) crystals are calculated. The results are consistent with the experimental values. The calculations suggest that the sign of Q^CT (Q=Δg, Δg or D, where the g-shift Δg_i=g_i−g_e, g_e≈2.0023 is the value of free-electron) due to CT mechanism is the same as that of the corresponding Q^CF due to CF mechanism, and the relative importance of CT mechanism (characterized by Q^CT/Q^CF) increases with the increasing atomic number of ligand X. So, for the 3dⁿ ML_m clusters with ligand having large atomic number, the reasonable theoretical explanations of all SH parameters should take both CF and CT mechanisms into account. The defect structure of (NiX₆)⁴⁻ impurity centers in CsMgX₃:Ni²⁺ crystals is also considered in our model.     

Cu,Fe掺杂LiNbO_3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu,Fe单掺及共掺LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质进行了计算.结果显示:Cu,Fe单掺杂LiNbO_3晶体禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d,Fe3d轨道及O 2p轨道贡献;共掺LiNbO_3晶体禁带内出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献.Cu,Fe单掺和共掺LiNbO_3晶体带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强.共掺LiNbO_3在445和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺LiNbO_3晶体表现出更好的光吸收性质.研究表明,Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势;同时,浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.