CdS:Cr2+晶体的零场分裂和顺磁g因子的理论研究

摘要

CdS是Ⅱ-Ⅵ族半导体，掺有磁性杂质（过渡金属或稀土离子）的Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族半导体是重要的稀磁半导体，稀磁半导体主要是通过利用电子的电荷特性和自旋特性，不仅具有半导体材料的特性，还具有磁性材料的特性。它将半导体的信息处理和磁性材料的信息储存功能，半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者相结合，若稀磁半导体材料研制成功，将会是材料领域革命性的进步。同时稀磁半导体在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一架桥梁，因此不论从理论方面还是实际应用方面都具有非常重要的意义，成为了近年来国内外研究的热点。在理论研究中，掺杂稀磁半导体的零场分裂符号的疑难是长期以来没有彻底解决的问题。本文采用晶体场和电子顺磁共振理论，完全对角化方法，基于赵的双ζ离子波函数和离子局部结构，计算得到了CdS∶Cr2+晶体的光谱精细结构、电子顺磁共振g因子和零场分裂参量。计算结果与实验符合。研究发现，对于CdS∶Cr2+晶体，只考虑自旋五重态，不能解释其零场分裂参量。自旋三重态对零场分裂有着重要影响。在实验误差范围内，自旋单态也有不可忽略的影响。
　　本文创新工作如下:
　　1、给出了新的D2d对称下CdS∶Cr2+晶体的零场分裂公式，解决了前人工作中的符号问题。
　　2、系统地讨论了自旋多重态对CdS∶Cr2+晶体零场分裂贡献的相对大小。
　　3、第一次对CdS∶Cr2+晶体的结构，光谱，g因子和零场分裂作出了统一解释。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 本文研究的意义与现状

1．2 本文研究的方法与内容

2 晶体场理论

2．1 自由离子的多重态理论

2．1．1 单电子波函数

2．1．2 多电子体系的多重态波函数

2．2 晶体场理论基本假设

2．3 晶体场势能的计算公式

2．4 四配位D2d对称晶场位能的形式

2．5 d1电子四角强场基

2．6 晶体场三大模型

2．6．1 点电荷模型

2．6．2 点电荷-偶极模型

2．6．3 重叠模型

2．7 双ζ离子波函数

3 电子顺磁共振理论

3．1 EPR基本原理

3．2 电子顺磁共振谱的描述

3．2．1 自旋哈密顿参量

3．2．2 零场分裂

3．2．3 g因子

3．3 电子顺磁共振的自旋哈密顿理论

3．3．1 顺磁体系的哈密顿量

3．3．2 自旋哈密顿理论

4 重新推导CdS：Cr2+晶体的零场分裂参量公式

4．1 引言

4．2 CdS：Cr2+晶体的零场分裂参量公式推导

4．3 本章小结

5 CdS：Cr2+晶体的零场分裂和顾磁g因子的研究

5．1 引言

5．2 CdS：Cr2+晶体的零场分裂研究

5．3 采用相同的光谱参量和结构参量的对比计算

5．4 CdS：Cr2+晶体的顺磁g因子

5．5 本章小结

6 本文结论及展望

6．1 本文结论

6．2 本文展望

参考文献

附录

致谢

在校期间的科研成果