Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры и начального расщепления парамагнитных центров

(56)ный п 9 А х и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 381011/31-2525.03,8528.02.87.Бюл. Бф 8Уральский государственный унитет им,А.М.ГорькогоВ.А.Важенин, А.Д.Горлов.Потапов538.69.083 (088.8)Абрагам А., Блини Б. Электронарамагнитный резонанс переходионов. М.: Мир, 1972 Т.1, гл,3С О.рагам А., Блини Б, Электронарамагнитный резонанс переходонов . М.: Мир, 1 972, -т.1, гл.3(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ЭНАКОВ КОНСТАНТ СВЕРХТОНКОЙСТРУКТУРЫ (СТС) А И НАЧАЛЬНОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ Ъ ПАРАМАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ(57) Способ относится к областианализа материалов. с помощью электронного парамагнитного резонанса(ЭПР) и может быть использован в научных исследованиях, а результаты - при конструировании устройств физической электроники, использующих. кристаллы с парамагнитными центрами Целью изобретения является расширение области исследуемых материалов за счет кристаллов, в которых в имеющемся диапазоне полей и частот наблюдается один ЭПР-переход, и увеличение достоверности определения относительных знаков в случае, когда средние сверхтонкие интервалы разных ЭПР-переходов отличаются на величину порядка погрешности экспе римента.ЭПР-переход наблюдают в области пересечения уровНей энергии, отличающихся по проекции электронно- ф го спина на 1 или 2, регистрируют частотную зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей верхних и нижних по магнитному полю сверхтонких компонент. Относительные знаки констант определяют по виду частотной зависимости. 1 эвпе й лыр 3 кпе597 1 1293Изобретение относится к областианализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонансаЭПР) и может быть использовано внаучных исследованиях при детальномизучении природы парамагнитных цент. ров (ПЦ) н диамагнитных кристаллах.Являясь дефектами в твердом теле,ПЦ обуславливают многие физические.свойства кристаллов, используемых 1 Ов устройствах физической электроники,в частности в квантовых парамагнитных усилителях и генераторах,Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых материалов.и повышение достоверности определения.На фиг.1 изображена зависимостьуровней энергии от величины магнитного поля для ПЦ, имеющего Б = 5/2оЕ = 5/2, Ь 2 с 0 и АО при направ лении магнитного поля 7, параллель- - тного оси симметрии ПЦ (Н 11 С),где8 - электронный спин ПЦ, Е - ядерный спин, А - константа сверхтонкойструктуры (СТС), Ъ 2 - константа начального расщепления; на фиг.2 - аналогичная зависимость для ПЦ с 85/2, 1 = 5/2, Ь сО, А 0 и Н Сна фиг.3 - частотная зависимость резонансных положений и относительныхинтенсивностей (значения цифрами приведены на кривых) компонент сверхтонкой структуры для перехода междуэнергетическими уровнями 3/2 -1/2+йМп в германате свинца при НС, 353Способ определения относительных,знаков констант (СТС) А и начальногоорасщепления ь 2 заключается в следующем.40 Образец содержащий парамагнитные. центры, помещают в высокочастотное магнитное поле и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, параллельное оси симметрии Щ. Устанав ливают Также частоту переменного поля и величину постоянного поля, чтобы наблюдать ЭПР-переход в районе, где один из уровней, между которыми происходит переход, пересекается с третьим уровнем, отличающимся на АМ = 2 при 1 ) 1/2 или на / 6 Г 1/= - 1 при любом 1, поскольку только н таких местах положение уровней энергии качественно зависит от относиотельных знаков А и Ь, Измеряют резонансные положения Н е и относительные интенсивности крайних СТС-компонент н диапазоне частот .+ А 1, так как только частотная зависимость в достаточном диапазоне позволяет обнаружить характерное поведение уровней энергии, Наносят на график частотную зависимость интенсивностей и Н и по ней определяют относительныеознаки А и Ь , используя условие; есФли нижняя (верхняя) СТС-компонента между расходящимися уровнями или верхняя (нижняя) СТС-компонента между сходящимися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения тооА и Ь одного знака (А и Ь раз 2 ного знака).При этом, когда наблюдают ЭПР- переход в районе пересечения уровней, отличающихся на ( ЬМ= 2 при 1 ) 1, регистрируют зависимость резонансных положенийи относительных интенсивностей двух верхних и двух нижних СТС-компонент, что позволяет уменьшить диапазон исследуемых частот. 0 знаках констант судят по аналогичной зависимости для указанных компонент (фиг.1 и 2).П р и м е р . Предлагаемый способ б ыл использован для определения относительных знаков констант СТС и начального расщепления иона Мп в кристалле РЬ Се Ов, который имеет следующие параметры спинового гамильтониана: д = 2,00 Ь 2- 8670 МГц, /А= 245 МГц.Измерения проведены на спектрометре РЭ 1301 при температуре 296 К на образцах, выращенных методом Чохральского с примесью Мп 0 -0,02 моль 2 3 ного 7. Резонансные магнитные поляН ) измеряли с помощью измерителя магнитной индукции 1-1,.частоту микроволнового генератора определяли по Н е сигнала ЭПР ДФПГ. Относительные интенсивности измеряли на экране осциллографа и нормировали по сигналу ДФПГ. Образец помещали в СВЧ-резонатор,находящийся между полюсами. магнита,устанавливали частоту клистрона,равную 9,5 ГГц, что приблизительнона А 3 больше, чем частота перехода1/2 ф. 3/2 (врайоне пересеченияуровней - 1/2 и 3/2 ) для иона снулевым ядерным спином. Изменяямагнитное поле, наблюдали резонанс1293597 20 ные положения и относительные интен -сивности сверхтонких компонент перехода 1/2 -ф 3/2. Таким образом, сшагом 0,1 - 0,02 ГГц, была зарегистрирована частотная зависимость в диапазоне (9,5-8,9) ГГц,приведенная наФиг.З. На стиг.З хорошо видно, чтоположение верхней по полю СТС-компоненты с частотой меняется линейно, а интенсивность не зависит от частоты, тогда как положение нижней СТС-компоненты с частотой меняется нелинейно, а интенсивность уменьшается при уменьшении частоты. Поскольку переход 1/2-ф 3/2 происходит между сходящимися уровнями, то используя приведенное условие, приходим к выводу, что знаки Аои Ь одинаковы. Следовательно, знакоА, как и знак . Ь , отрицательный.Для определения относительных, ознаков А и ь можно было воспользо 2ваться поведением двух верхних и двух нижних СТС-компонент, за счет этого несколько уменьшив диапазон исследуемых частот (фиг.З). Ф о р м у л а и з о б р е т ения 1.Способ определения относитель ных знаков констант сверхтонкой структуры 1 СТС) А и начального рас 1 Ощепления О парамагнитных центров, находящихся в узлах кристалла с осевой симметрией, заключающийся в по мещении образца, содержащего пара- магнитные центры, в высокочастотное магнитное поде и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, параллельное оси симметрии, наблюдении 40 СТС-компонент электронного перехода с помощью метода электронного парамагнитного резонанса при изменении величины постоянного поля или частоты переменного поля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых материалов и повышения достоверности определения, наблюдают. СТС-компоненты в области значений магнитного поля и 50 частот переменного поля, определяемых по заранее известной абсолютнойОвеличине Ь , в которой один из электронных уровней энергии, между которыми происходит переход, имеет пересечение с третьим уровнем, отличающимся наЬ М= 2 при 11 /2или на ЬМ = 1 при 1 0 (И -проекция электронного спина, 3ядерный спин , многократно регистрируют СТС-компоненты в диапазоне изменения частоты переменного поляА 1, измеряя на каждой частоте ре -зонансные положения и относительныеинтенсивности верхней и нижней помагнитному полю СТС-компонент и повиду зависимости резонансных положений и относительных интенсивностей от частоты переменного магнитного поля судят о соотношении знаковконстант, используя условие: еслинижняя (верхняя) СТС-компонентамежду расходящимися уровнями иливерхняя (нижняя ) СТС-компонента междусходящимися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения, то констачоты А и Ь одного знака (разного знака).2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что наблюдения СТС- компонент осуществляют в области магнитных полей и частот переменного поля, в которой один из уровней, между которыми происходит переход, имеет пересечение с третьим уровнем, отличающимся на 1 аМ/ = 2 при 1 ) 1, дополнительно измеряют на каждой частоте резонансные положения и относительные интенсивности еще одной верхней и одной нижней СТС-компонент и ло виду частотной зависимости всех измеренных компонент судят - о соотношении знаков констант, используя условие: если две нижние (верхние) СТС-компоненты между расходящимися уровнями или две верхние (нижние) СТС-компоненты между сходящимися уровнями имеют линейную частотную зависимость и неизменную ин-. тенсивность, а другие две СТС-компоненты зависят от частоты нелинейно, уменьшаясь по .интенсивности, вплоть до исчезновения, то константы А и Ь одного знака (разногоогзнака)./Л /Л Я -1/ э,ф Фи ктор А,Рев оставитель В.Майорши ехред Б.Кадар К р, М.Демчик 7 аказ но е ВНИИПИ по де 13035, го комите и открытии ушская наб. Производственн Тираж осударствен ам изобрете осква, Жт М -3(ГЗ/Я М 1(г 3/2 Ю/2