立方对称晶场中6S(3d5)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量的微观起源

基于完全对角化方法(complete diagonalization method, CDM), 研究了⁶S(3d⁵)态离子在立方对称晶场中的磁相互作用,分析了自旋哈密顿参量(a, g,Δg)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用外,同时考虑了SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit)磁相互作用.研究表明：⁶S(3d⁵)态离子在立方对称晶场中的自旋哈密顿参量起源于五种机理,即SO机理,SS机理,SOO机理,OO机理以及SO-SS-SOO-OO联合作用机理.文中研究了五种机理的相对重要性,结果表明：SO机理与SO-SS-SOO-OO联合作用机理在五种机理中最为重要.尽管SS,SOO,OO磁相互作用单独作用时对自旋哈密顿参量的贡献很小,但它们的联合作用SO-SS-SOO-OO机理对自旋哈密顿参量的贡献非常可观.此外研究表明：零场分裂参量a主要来自纯自旋四重态及自旋二重态与自旋四重态联合作用的贡献,而Zeemang(或者Δg)因子主要来自纯自旋四重态的贡献.纯自旋二重态对自旋哈密顿参量a与g(或者Δg)的贡献为零.在我们所选择的晶场区域,发现下列关系始终成立：a>0,a(-|Dq|)<a(|Dq|),g(-Dq)=g(Dq),a(-Dq,-ξ_d,B,C)=a(Dq,ξ_d, B,C),Δg(-Dq,-ξ_d, B, C)=Δg(Dq,ξ_d, B, C).作为本文理论的应用,研究了四种典型的Mn²⁺掺杂晶体材料,即Mn²⁺:KZnF₃,Mn²⁺: RbCdF₃,Mn²⁺: MgO,Mn²⁺: CaO,理论与实验测量符合很好. 关键词： 自旋哈密顿参量 6S(3d⁵)态离子')" href="#">⁶S(3d⁵)态离子 磁相互作用 完全对角化方法(CDM)     

四角对称晶场中4B1(3d3)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量研究

基于完全对角化方法，研究了⁴B₁(3d³)态 离子在四角对称晶场中的磁相互作用，分析了自旋哈密顿参量(b⁰₂, g_∥, g_⊥ , Δg)的微观起源.结果表明 ：在被考虑的大部分晶场区域，人们通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用的贡献最为重要 ；然而，对于零场分裂参量b⁰₂而言，来自其他机理(包 括SS(spin-orbit)，SOO(sp in-other-orbit)，SO-SS-SOO)的贡献在大部分晶场区域超过了20％；在部分晶场区域，其 他机理的贡献甚至超过SO机理的贡献.详细地分析了Macfarlane 零场分裂参量b^{0₂ 近似三阶微扰理论的收敛性，结果表明：该理论在大部分晶场区域收敛性较差.讨论了3d3}态离子第一激发态²E_g分裂的微观起源.并利用 群论方法解 释了在C_4v和C_3v对称晶场中²E_{g< /sub>态分裂的不同机理. 关键词： 4B1(3d³)态离子')" href="#">⁴B1(3d³)态离子 磁相互作用 自旋哈密 顿参量 完全对角化方法(CDM) 微扰理论方法(PTM)}     

轴对称晶场中d3离子激发态对4A2基态自旋哈密顿参量的影响

采用完全对角化方法,讨论了三角对称和四角对称下d3离子自旋二重态和自旋四重态对基态4A2(4F)自旋哈密顿(SH)参量(包括零场分裂(ZFS)和g因子)的影响机理.并对影响基态SH参量的四种机理(SO机理,SS机理,SOO机理和SO-SS-SOO联合机理)进行了分析.结果表明,自旋二重态与四重态对d3离子基态零场分裂都具有重要贡献;而基态g因子主要由四重态决定,二重态对g因子贡献很小.此外,发现SS机理和SOO机理对基态EPR参量的贡献主要由四重态决定,二重态的影响很小.     

立方对称晶场中6S(3d5)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量的微观起源

基于完全对角化方法(complete diagonalization method,CDM),研究了6S(3d5)态离子在立方对称晶场中的磁相互作用,分析了自旋哈密顿参量(a,g,Δg)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orhit)磁相互作用外,同时考虑了SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit)磁相互作用.研究表明:6S(3d5)态离子在立方对称品场中的自旋哈密顿参量起源于五种机理,即SO机理,SS机理,SOO机理,OO机理以及SO-SS-SOO-OO联合作用机理.文中研究了五种机理的相对重要性,结果表明:SO机理与SO-SS-SOO-OO联合作用机理在五种机理中最为重要.尽管SS,SOO,OO磁相互作用单独作用时对自旋哈密顿参量的贡献很小,但它们的联合作用SO-SS-SOO-OO机理对自旋哈密顿参量的贡献非常可观.此外研究表明:零场分裂参量a主要来自纯自旋四重态及自旋二重态与自旋四重态联合作用的贡献,而Zeeman g(或者Δg)因子主要来自纯自旋四重态的贡献.纯自旋二重态对白旋哈密顿参量a与g(或者△g)的贡献为零.在我们所选择的晶场区域,发现卜列关系始终成立:a＞0,a(-|Dq|)＜a(|Dq|),g(-Dq)=g(Dq),a(-Dq,-ξd,B,C)=a(Dq,ξd,B,C),△g(-Dq,-ξd,B,C)=△g(Dq,ξd,B,C).作为本文理论的应用,研究了四种典型的Mn2 掺杂晶体材料,即Mn2 :KZnR,Mn2 :RbcdF3,Mn2 :MgO,Mn2 :CaO,理论与实验测量符合很好.     

CsNiCl3晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d²/3d⁸态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵，研究了CsNiCl₃晶体的光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Telller效应以及自旋单重态对Ni²⁺离子基态能级的影响，理论与实验相符合.在此基础上，进一步研究了以前工作中被忽略的自旋-自旋耦合作用和Trees修正对CsNiCl₃晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响，发现有四种机理会影响零场分裂参量：1)自旋-轨道耦合机理，2)自旋-自旋耦合机理；3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理；4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理，其中自旋-轨道耦合机理是最主要的，其他三种机理也是不可忽略的. 关键词： 基态能级 精细结构 零场分裂 自旋-自旋耦合     

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.     

三角对称晶场中6 S(3d5)态离子零场分裂参量的微观起源

基于完全对角化方法(complete diagonalization method, CDM), 研究了⁶ S(3d⁵)态离子在三角晶场(包括C_3v,D₃,D_3d点群对称晶场)中零场分裂(zero-field splitting, ZFS)参量D和(a-F)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用外,同 关键词： 6 S(3d⁵)态离子')" href="#">⁶ S(3d⁵)态离子 零场分裂参量 磁相互作用 完全对角化方法     

轴对称晶场中d3离子激发态对4A2基态自旋哈密顿参量的影响

采用完全对角化方法，讨论了三角对称和四角对称下d³离子自旋二重态和自旋四重态对基态⁴A₂(⁴F)自旋哈密顿(SH)参量(包括零场分裂(ZFS)和g因子)的影响机理. 并对影响基态SH参量的四种机理(SO机理，SS机理，SOO机理和SO-SS-SOO联合机理)进行了分析. 结果表明，自旋二重态与四重态对d³离子基态零场分裂都具有重要贡献；而基态g因子主要由四重态决定，二重态对g因子贡献很小. 此外，发现SS机理和SOO机理对基态EPR参量的贡献主要由四重态决定，二重态的影响很小.     

三角对称晶场中4A2(3d3)态离子EPR参量的SS和SOO机制

考虑了在以前工作中被忽略的自旋与自旋 (Spin spin(SS) )磁相互作用以及一个电子自旋与另外电子轨道 (Spin other orbit (SOO) )之间的磁相互作用 ,用VisualBasic6.0设计了新的CDM/EPR计算程序 .该程序不仅能计算 4 A2 (3d3)态离子在晶体中的EPR参量 ,而且能计算体系的光谱精细结构 .利用该程序研究了红宝石晶体与绿宝石晶体的EPR参量与光谱精细结构 ,理论与实验符合甚好 .在此基础上 ,研究了SS与SOO磁相互作用对EPR参量及其光谱的贡献 .发现在磁相互作用的三个部分中 ,EPR参量的主要来源是旋 轨 (Spin orbit (SO) )耦合相互作用 ;SS磁相互作用对零场分裂 (Zero fieldsplitting(ZFS) )参量D具有重要贡献 ,在研究中不能被忽略 ,而SOO磁相互作用对ZFS参量D的贡献较小 ;SS与SOO磁相互作用对Zeemang因子以及光谱的贡献甚微     

四角对称晶场中4B1(3d3)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量研究

基于完全对角化方法,研究了4B1(3d3)态离子在四角对称晶场中的磁相互作用,分析了自旋哈密顿参量(b02, g∥, g⊥, Δg)的微观起源.结果表明:在被考虑的大部分晶场区域,人们通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用的贡献最为重要;然而,对于零场分裂参量b02而言,来自其他机理(包括SS(spin-orbit),SOO(spin-other-orbit),SO-SS-SOO)的贡献在大部分晶场区域超过了20%;在部分晶场区域,其他机理的贡献甚至超过SO机理的贡献.详细地分析了Macfarlane 零场分裂参量b02近似三阶微扰理论的收敛性,结果表明:该理论在大部分晶场区域收敛性较差.讨论了3d3态离子第一激发态2Eg分裂的微观起源.并利用群论方法解释了在C4v和C3v对称晶场中2Eg态分裂的不同机理.     

Local structure distortion and spin Hamiltonian parameters of oxide-diluted magnetic semiconductor Mn-doped ZnO

The local structure distortion, the spin Hamiltonian (SH) parameters, and the electric fine structure of the ground state for Mn²⁺(3d⁵) ion in ZnO crystals are systematically investigated, where spin--spin (SS), spin--other--orbit (SOO) and orbit--orbit (OO) magnetic interactions, besides the well-known spin--orbit (SO) coupling, are taken into account for the first time, by using the complete diagonalization method. The theoretical results of the second-order zero-field splitting (ZFS) parameter D, the fourth-order ZFS parameter (a-F), the Zeeman g-factors: g_// and g_⊥, and the energy differences of the ground state: \delta₁ and \delta₂ for Mn²⁺ in Mn²⁺: ZnO are in good agreement with experimental measurements when the three O^2- ions below the Mn²⁺ ion rotate by 1.085^o away from the [111]-axis. Hence, the local structure distortion effect plays an important role in explaining the spectroscopic properties of Mn²⁺ ions in Mn²⁺: ZnO crystals. It is found for Mn²⁺ ions in Mn²⁺: ZnO crystals that although the SO mechanism is the most important one, the contributions to the SH parameters, made by other four mechanisms, i.e. SS, SOO, OO, and SO～SS～SOO～OO mechanisms, are significant and should not be omitted, especially for calculating ZFS parameter D.     

掺杂晶体材料ZnGa_2O_4:Fe~(3+)局域结构畸变及其微观自旋哈密顿参量研究

基于Newman的晶场叠模型与微观自旋哈密顿理论,建立了ZnGa2O4:Fe3+晶体材料中磁性离子Fe3+局域结构与其自旋哈密顿(spin-Hamiltonian,SH)参量(包括二阶零场分裂(zero-field splitting,ZFS)参量D,四阶ZFS参量(a-F),Zeeman g因子:g//,g⊥,△g(=g//-g⊥))之间的定量关系.采用以全组态完全对角化方法为理论背景的CFA/MSH(Crystal Filed Analysis/Microscopic Spin Hamiltonian)研究软件,研究了ZnGa2O4:Fe3+材料中磁性离子Fe3+的SH参量与其局域结构的依赖关系.研究表明:对于ZnGa2O4:Fe3+晶体材料,当磁性离子Fe3+的局域结构畸变参数△R=0.0487 nm,△θ=0.192°时,其基态SH参量理论计算结果与实验测量符合很好,进一步表明Fe3+掺入晶体材料后将引起磁性Fe3+离子局域结构的微小畸变,但其仍然保持D3d点群对称局域结构.在此基础上研究分析了SH参量的微观起源,结果表明:ZnGa2O4:Fe3+晶体材料的SH参量主要来源于SO(spin-orbit)磁相互作用机理,来自其他磁相互作用机理(包括SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit),SO-SS-SOO-OO)的贡献比较小.     

Spin-spin and spin-other-orbit effects of optical spectra and the spin-Hamiltonian parameters for Cr ions in MgO crystals

An extended complete diagonalization method/microscopic spin-Hamiltonian (CDM/MSH) program has been developed, which is applicable for d³ ions at sites of tetragonal symmetry type I (C_4v, D_2d, D₄, D_4h) and trigonal symmetry type I (C_3v, D₃, D_3d). The Hamiltonian includes the spin-spin (SS) and spin-other-orbit (SOO) magnetic interactions besides the spin-orbit (SO) magnetic interaction usually taken into account. Utilizing the extended CDM/MSH program, the optical spectra, the spin-Hamiltonian (SH) parameters of the ground state ⁴B₁, and the splitting δ(²E) of the first excited ²E state for Cr³⁺ (3d³) ions at C_4v symmetry sites in MgO crystals have been successfully investigated. It is found that although the SO magnetic interaction is the most important one, the contributions to the SH parameters and the optical spectra from the SS and SOO magnetic interactions for Cr³⁺:MgO crystals are appreciable and should not be omitted, especially reaching 27.8% for the zero field splitting parameter D.     

Ni2+：CsMgCl3晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d2/3d8态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵,研究了CsNiCl3单晶掺入CsMgCl3晶体后光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Teller效应以及自旋单重态对Ni2+离子基态能级的影响,理论与实验相符合.研究了自旋-自旋耦合作用和Trees修正对Ni2+:CsMgCl3晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现有五种机理会影响零场分裂参量:(1)自旋-轨道耦合机理;(2)自旋-自旋耦合机理;(3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理;(4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理,(5)自旋-自旋作用与Trees联合耦合机理.其中自旋-轨道耦合机理是最主要的,其它几种机理也是不可忽略的.     

Ni~(2 )∶CsMgCl_3晶体的光谱精细结构、零场分裂参量及Jahn-Teller效应

应用不可约张量理论构造了三角对称晶场中3d2/3d8态离子的45阶可完全对角化的微扰哈密顿矩阵,研究了CsNiCl3单晶掺入Cs MgCl3晶体后光谱精细结构、晶体结构、零场分裂参量、Jahn-Teller效应以及自旋单重态对Ni2 离子基态能级的影响,理论与实验相符合.研究了自旋-自旋耦合作用和Trees修正对Ni2 :Cs MgCl3晶体的光谱精细结构和零场分裂参量的影响,发现有五种机理会影响零场分裂参量:(1)自旋-轨道耦合机理;(2)自旋-自旋耦合机理;(3)自旋-轨道与自旋-自旋联合耦合机理;(4)自旋-轨道与Trees修正联合耦合机理,(5)自旋-自旋作用与Trees联合耦合机理.其中自旋-轨道耦合机理是最主要的,其它几种机理也是不可忽略的.