掺入V3+离子α-Al2O3晶体的基态精细光谱和晶体局域结构及J-T效应的研究

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现磁效应的完全能量哈密顿矩阵.利用该矩阵,计算了V3+:α-Al2O3晶体的光谱精细结构和晶体局域结构,进一步研究了V3+:α-Al2O3晶体的自旋-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-其它轨道相互作用和它们对光谱精细结构影响及Jahn-Teller效应.理论计算值和实验值相符合.结果发现,掺杂没有改变晶体的对称性、同时发现并合理解释了V3+对α-Al2O3晶体基态精细光谱中J-T效应的存在机理.     

掺有Ni~(2+)的α-Al_2O_3晶体的基态精细光谱、晶体局域结构和Jahn-Teller效应

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Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构和晶体局域结构,深入研究了Ni2+∶α-Al2O3晶体的自旋-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-其它轨道相互作用和它们对光谱精细结构的影响及Jahn-Teller效应.理论计算值和实验值相符合.研究发现,掺杂没有改变晶体的对称性、同时发现并合理解释了Ni2+对α-Al2O3晶体基态精细光谱中Jahn-Teller效应的存在机理.     

掺有Ni2+的α-Al2O3晶体的基态精细光谱、晶体局域结构和Jahn-Teller效应

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Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构和晶体局域结构,深入研究了Ni2+∶α-Al2O3晶体的自旋-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-其它轨道相互作用和它们对光谱精细结构的影响及Jahn-Teller效应.理论计算值和实验值相符合.研究发现,掺杂没有改变晶体的对称性、同时发现并合理解释了Ni2+对α-Al2O3晶体基态精细光谱中Jahn-Teller效应的存在机理.     

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.     

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.     

α-Al2O3:C晶体的热释光和光释光特性

以高纯α-Al2O3和石墨为原料,采用温梯法生长了α-Al2O3:C晶体,使用Ris TL/OSL-DA-15型热释光和光释光仪研究了其热释光和光释光特性.α-Al2O3:C晶体在462 K附近有单一热释光峰,发射波长位于410 nm.随着辐照剂量的增加,热释光强度逐渐增强,462 K的热释光特征峰位置保持不变.α-Al2O3:C晶体的光释光衰减曲线由快衰减和慢衰减两个部分组成,随着辐照剂量的增加,快衰减部分衰减速率变化不大,而慢衰减部分衰减速率加快.在5×10-6-10 Gy剂量范围内,α-Al2O3:C晶体的热释光剂量响应呈现良好的线性关系,30 Gy时达到饱和;光释光剂量响应在5×10-6-60 Gy剂量范围内呈现良好的线性关系,100 Gy时达到饱和.与热释光相比,光释光剂量响应具有更高的灵敏度和更宽的线性剂量响应范围.     

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°.     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al2O3(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型,在三维周期边界条件下的κ空间中,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度近似,计算了不同表层结构的体系能量,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定.对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化,得到晶胞参数值(a0＝0.48178nm)与实验报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫,弛豫后原第2层O原子层成为最表层; 对不同表层O,Al原子最外层电子进行了布居分析,表面电子有更大的概率被定域在O原子的周围,表面明显地表现出O原子的电子表面态.     

α-Al2O3单晶的热释光和光释光特性

研究了纯α-Al2O3单晶的热释光发光曲线和三维发光谱,以及光释光衰变曲线,对它们的发光机理和剂量学特性进行了分析和讨论.实验观察到α-Al2O3单晶β射线照射后立即测量的热释光发光曲线,有峰温为76℃和207℃两个发光峰.经γ射线照射数小时后测量的三维发光谱,只有峰温207℃波长为416 nm发光峰,它与α-Al2O3:C晶体的发光波长基本相同,是受热激发到导带的电子与F+心复合所生成的F心激发态3P跃迁至基态1S发的光.用热释光动力学方程拟合不同照射剂量的发光曲线,207 ℃发光峰的峰温基本不随剂量而变化,形状因子μg的平均值为0.415±0.001,该发光峰的剂量响应为线性-亚线性,表明它基本符合一级动力学模型所预言的发光峰.实验还测定了纯α-Al2O3单晶辐照不同剂量后,470 nm波长激发的光释光衰变曲线.用两个指数衰变函数拟合光衰变曲线得到的衰变时间常数τ1(平均值为2.63±0.07s)基本不随剂量而变化,而τ2则在0.12至12 Gy范围内有明显下降趋势,大于12 Gy时无明显变化,约75s.时间常数τ1对应的光释光强度和吸收剂量的关系为线性-亚线性.     

Al2O3:Fe3+体系晶格局域结构的EPR理论研究

本文通过分析Al2O3∶Fe3+体系中Fe3+离子的EPR谱,研究Fe3+的局域晶体结构结果表明Al2O3∶Fe3+的局域结构存在各向异性膨胀.用拟合EPR谱的低对称参量D和(a-F)实验值的方法,求得两个三棱锥的棱与C3轴的夹角分别为θ1=46.54°和θ2=61.26°,相对于原Al2O3结构的畸变角分别是Δθ1=-1.1°±0.1°,Δθ2=-1.8°.两畸变角同时均小于0说明Al2O3∶Fe3+体系中含Fe3+离子的晶格主要产生沿C3轴的伸长畸变.     

CuO/Al2O3、CuO/CeO2-Al2O3和CuO/La2O3-Al2O3催化剂中CuO物种被CO氧化的比较

用浸渍法制备了CuO/Al2O3 (Cu/Al)、CuO/CeO2- Al2O3 (Cu/CeAl)和CuO/La2O3-Al2O3(Cu/LaAl)催化剂. 通过原位XRD、Raman和H2-TPR方法， 对催化剂中的CuO物种以及CuO-Al2O3的固-固相反应进行了表征. 结果表明，对于Cu/Al催化剂，CuAl2O4存在于CuO与Al2O3层之间，CuO以高分散和晶相两种相态存在于催化剂的表层；对于Cu/CeAl催化剂，除了少量高分散和晶相的CuO存在于表层外，大部分CuO迁移到了CeO2的内层，     

蓝宝石(α-Al_2O_3:Fe~(3+))体系基态分裂与局域晶格畸变的研究

2002年Scholz和Buzaré对蓝宝石晶体中Fe3+离子的基态分裂重新进行了EPR实验测量和研究,他们的初步分析表明在蓝宝石晶体中Fe3+离子的6A1基态分裂有可能同时与两个方向的畸变角(θ和φ)有关.本文采用对角化d5组态在C3点群对称下的252×252完全能量矩阵的方法,对蓝宝石晶体中Fe3+离子的光谱和EPR谱进行了系统的研究.计算结果表明蓝宝石体系中Fe3+离子的6A1基态分裂确实将明显依赖于两个方向的畸变角θ和φ,这一理论结果与Scholz和Buzaré等的实验相符合.同时,通过拟合Fe3+离子在蓝宝石体系中的实验光谱和EPR参量,确定了蓝宝石晶体中(FeO6)9团簇局域晶格畸变角θi的范围.     

α-Al2O3(0001)表面弛豫及其对表面电子态的影响

在周期边界条件下的κ空间中 ,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法 ,对最外表面终止层为单层Al的α Al2 O3 超晶胞 (2× 2 ) (0 0 0 1)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究 .结果表明 ,最外表面Al-O层有较大的弛豫 ,明显地影响了表面原子与电子结构 ,布居分析表明表面电子有更大的几率被定域在O原子的周围 ,表现出O的表面态 .进一步分析了表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化 ,表面能级分裂主要来自于O的 2 p轨道电子态变化 .通过对比弛豫前后的表面电子局域函数 (ELF)图 ,分析了表面成键特性 .     

掺入Ni2+和V3+对α-Al2O3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.     

Sb2O3掺杂对提高PbWO4晶体光学及闪烁性能的作用

采用改进的布里奇曼（Ｂｒｉｄｇｍａｎ）法生长了掺杂Ｓｂ２Ｏ３的ＰｂＷＯ４晶体。基于透射光谱、紫外激发及其发射谱、Ｘ射线激发的发射谱、光输出和辐照损伤待方面的测试,讨论了Ｓｂ２Ｏ３掺杂对提高ＰｂＷＯ４晶体光学及闪烁性能的作用。     

α-Al_2O_3透明陶瓷的发光及热释光特性

采用传统无压烧结工艺,以MgO为烧结助剂,制备出了透明性良好的α-Al2O3透明多晶陶瓷,测定了其吸收光谱、荧光光谱、激发光谱,并做了热释光测试.结果表明,吸收光谱存在192nm和225—250nm吸收峰,分别对应于F色心和F+色心.在荧光光谱的410nm处发现有明显的发射峰.结合对其激发光谱的研究,证明了对应于F和F+色心.热释光谱中存在368,456,614K三个热释光峰,其中456K的峰值是受热激发的电子与F+色心复合产生的.     

AlF3基氟化物玻璃中Eu3+的光谱性质与局域结构的关系

报导了Eu^3 掺杂AlF3基氟化物玻璃材料的制备及其光谱性质与局域结构的关系。声子边带谱表明与稀土离子的电子跃迁相耦合的声子模式为Al-F的伸缩振动模,结合^151Eu的Mossbauer谱,进一步确认了Eu^3 在该玻璃基质中的配位状态。由发射光谱,根据AlF3晶体所属空间群中等效点系的对称性分析,通过对称性破缺可以推测Eu^3 在该玻璃体系中占据的格位主要为Ci和S6。     

动力学研究AlN/α-Al2O3(0001)薄膜生长初期的吸附与扩散

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,计算了300-800℃下AlN吸附过程与系统能量、动力学轨迹以及扩散系数.研究表明,吸附过程由物理吸附、化学吸附和表面稳定态三个阶段组成,在吸附成键过程中,温度越高,粒子平均表面扩散能力增强.N原子的扩散系数大于Al原子的扩散系数,尤其是在物理吸附阶段.在较高温度条件下(大于700℃),N的解吸附作用明显增强,不利于AlN的稳定吸附生长,500-700℃之间的温度有利于AlN在α-Al2O3(0001)表面的稳定吸附生长.     

ZnO:Fe3+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ZnO:Fe3+体系的局域结构与EPR参量的关系,结果表明：在ZnO: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=-0.119A和Δθ=0.339°被确定。     

Cr3+：MgAl2O4晶体EPR参量及其电子精细光谱的研究

考虑了SS(Spin-Spin)作用和SOO(Spin-Other-Orbit)作用，采用完全对角化方法，结合自旋Hamiltonian理论，研究了Cr³⁺∶MgAl₂O₄晶体EPR参量及其吸收光谱，理论与实验符合甚好. 在此基础上，进一步研究了⁴A₂(3d³)离子EPR参量的微观起源. 研究表明，EPR参量起源于四种微观机制：(1) SO(Spin-Orbit) 耦合机制；(2) SS耦合机制；(3)SOO耦合机制；(4) SO～SS～SOO总联合作用机制. 在这些机制中，SO机制是最主要的.