电荷转移机制对高价钒离子晶体EPR参量的影响

摘要

3d1离子是重要的过渡金属离子，比如掺杂V4+离子的晶体是一类具有激光特性和非线性光学特性的晶体，因而对于掺杂材料性质的研究就显得非常有意义。前人研究发现掺杂材料的性质与杂质中心的缺陷结构密切相关，并且光谱和电子顺磁共振谱对杂质缺陷畸变有灵敏的依赖关系，因此，可以通过光谱和电子顺磁共振谱研究杂质离子在晶体中的光学和磁学性质与缺陷的关系。近年来，人们主要考虑晶体场(CF)机制并基于分子轨道理论和自旋哈密顿理论的方法，在处理掺杂金属离子的EPR参量和光谱性能方面取得了很大的进展。对于本文中研究的掺杂V4+离子价态比较高，电荷转移(CT)跃迁能相对较小，我们需要考虑CT机制对EPR参量的定量贡献。本文创新工作如下:
　　(1)本文突破CF机制的限制，我们考虑了CT机制对EPR参量的贡献，推导出了3d1离子的高阶微扰公式。我们进一步完善了理论公式，并且还建立了对应参量之间的定量关系。
　　(2)根据理论公式，解释了KZnClSO4·3H2O∶VO2+晶体中掺V4+离子的g因子和超精细结构常数A，并获得了V4+中心缺陷结构的信息。
　　(3)结合光谱数据研究了V4+杂质在ZnKPO4.6H2O∶VO2+晶体六配位八面体中的EPR参量，理论研究和实验结果一致，并且发现CT机制对g因子和A值的贡献与CF机制的三阶微扰项也有相同数量级的贡献。
　　(4)通过数据分析说明CT机制对EPR参量的影响不能被忽略，这在理论上，对g因子和A值的理解有指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文研究的背景

1．2 本文研究的意义

1．3 本文研究的主要内容

2 相关理论

2．1 CF机制简介

2．2 CF耦合方案

2．3 CF分裂忽略旋轨耦合相互作用

2．4 CF分裂考虑旋轨耦合相互作用

2．5 CF的主要模型

2．5．1 点电荷模型

2．5．2 点电荷-偶极模型

2．5．3 重叠模型

2．6 电子顺磁共振理论概述

2．7 自旋哈密顿理论简介

2．8 分子轨道理论

2．9 CT机制概述

2．10 本章小结

3 主要公式及哈密顿矩阵元的推导

3．1 CF势的一般形式

3．2 六配位D4h的CF能级公式的推导

3．3 EPR参量在压缩D4h场中的高阶微扰公式

3．3．1 双旋-轨耦合矩阵元和塞曼矩阵公式的推导

3．3．2 考虑CF机制在压缩D4h场中的高阶微扰公式

3．3．3 考虑CF机制和CT机制在压缩D4h场中的高阶微扰公式

3．4 本章小结

4 KZnClSO4·3H2O：VO2+晶体的EPR参量的理论研究

5 ZnKPO4·6H2O：VO2+晶体的EPR参量的理论研究

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

在校期间的科研成果