Аномальное температурное поведение магнитного кругового дихроизма в оксидном стекле с диспрозием

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно физическое отделение

Кафедра физики твердого тела

АНОМАЛЬНОЕ ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОВЕДЕНИЕ МАГНИТНОГО КРУГОВОГО ДИХРОИЗМА В ОКСИДНОМ СТЕКЛЕ С ДИСПРОЗИЕМ

Красноярск 2009

Оглавление

Введение

Описание измерительных установок и методов измерения

Результаты измерений и их обсуждение

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время часто для исследования энергетической и кристаллохимической структуры твердого тела привлекают методы исследования во внешних полях. Среди них особое место занимают методы исследования в магнитном поле. Специфика этих методов состоит в том, что влияние магнитного поля на систему не может быть описано заданием обычного вектора напряженности поля, как это имеет место в случае электрического поля. В результате, помимо обычной оптической анизотропии, которая всегда возникает в среде под влиянием внешних полей и деформаций, в магнитном поле возникает дополнительная, циркулярная анизотропия, связанная с неэквивалентностью двух направлений вращения в плоскости, перпендикулярной полю.

В анизотропных кристаллах при произвольном направлении волнового вектора магнитное поле влияет на распространение света довольно слабо, вызывая лишь появление слабой дополнительной эллиптичности колебаний. Таким образом, измерения имеет смысл проводить только в направлении оптических осей, где наблюдается своеобразное вырождение – двум поляризациям соответствует одни и те же показатель преломления n и коэффициент поглощения k . В связи с этим особый интерес представляет исследование магнитооптических явлений в оптически изотропных кристаллах кубической группы, где отсутствуют эффекты, связанные с собственной анизотропиeй кристалла, и явления могут наблюдаться в чистом виде. Внешнее магнитное поле снимает в этом случае вырождение двух состояний круговой поляризации для каждого направления распространения, и величины n и k становятся различными для право и левополяризованного света. Это приводит к ряду магнитооптических явлений, тесно связанных между собой.

Магнитооптические явления наблюдаются, как правило, в двух схемах эксперимента: когда вектор световой волны K параллелен магнитному полю H и когда перпендикулярен.

В первом случае могут наблюдаться либо различие в показателях преломления двух циркулярно поляризованных компонент, проявляющееся в повороте плоскости поляризации линейно поляризованного света, – магнитооптическое вращение или эффект Фарадея, либо различие в коэффициентах поглощения для этих компонент – магнитный круговой дихроизм.

В отличие от эффекта Зеемана, исследование которого требует наличия узких спектральных линий, необходимых для разрешения компонент магнитного расщепления в применяемых полях, МКД могут наблюдаться в области широких полос поглощения, характерных для многих систем. Изучение МКД в области полос поглощения позволяет получать качественную и количественную информацию как об основном так и о возбужденных состояниях системы – величинах магнитного расщепления, уровней и симметрии состояний, участвующих в оптических переходах. Кроме того, он позволяет определить локальную симметрию отдельных поглощающих центров системы и тем самым получать жесткий экспериментальный критерий правильности той или иной модели центра.

Наложение магнитного поля снимает все остаточные вырождения энергетических уровней, что придает магнитооптическим исследованиям дополнительную информативность по сравнению с иными методами исследования во внешних полях.

Стекла, активированные редкоземельными элементами, привлекают внимание исследователей несколько последних десятилетий. Такие стёкла широко используются в качестве материалов для оптических квантовых генераторов и усилителей. В частности, это относится и к стёклам, содержащим ионы Dy³⁺ . Спектры поглощения РЗ ионов в стекольных матрицах исследовались в огромном количестве работ, в том числе, стёкла различных составов, содержащие диспрозий, исследовались, например, в. Магнитный круговой дихроизм, наблюдаемый только в пределах полос поглощения, представляет дополнительные возможности изучения вырожденных электронных уровней, расщепляемых кристаллическим полем, а также и уровней, не разрешаемых в оптических спектрах поглощения. Известны работы, посвященные спектральным зависимостям МКД f - f переходов для Er³⁺ , Pr³⁺ и Ho³⁺ в натриевых стеклах, Er³⁺ в фосфатных стеклах, Ho³⁺ , Nd³⁺ и Pr³⁺ во фторидно-цирконатных стеклах. В впервые были представлены спектры МКД Dy³⁺ в оксидных стеклах совместно со спектрами поглощения для ряда f - f переходов и обнаружено существенное различие парамагнитной магнитооптической активности этих переходов. Для выяснения природы этого явления в настоящей работе предпринято исследование температурной зависимости МОА f - f перехода ⁶ H _15/2 → ⁶ в Dy³⁺ в алюмо-боро-силико-германатном оксидном стекле.

Описание измерительных установок и метода измерения

Спектры поглощения получены по двухлучевой методике на автоматическом спектрометре, сконструированном