Реферат: 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 на базе монохроматора МДР‑2.

Схема установки

Спектрометр предназначен для получения спектров поглощения. Спектральный диапазон измерений от 2000 до 11000 Å. Максимальное разрешение 20 см^-1 . Динамический диапазон измеряемой оптической плотности от 0 до 3. Световой поток от источника света конденсором направляется на образец. Затем изображение образца с помощью линзы фокусируется на верхнюю половинку щели монохроматора. Перед щелью расположен обтюратор, колеблющийся с частотой напряжения, подаваемого от звукового генератора ЗГ. Колеблющийся обтюратор попеременно открывает верхнюю и нижнюю части щели монохроматора. Световой поток, прошедший через образец, попадает на верхнюю половину щели. Его интенсивность:

I=I₀ ·10^{- α l}

где I₀ – интенсивность светового потока, прошедшего через нижнюю часть щели монохроматора мимо образца; α– коэффициент поглощения образца, l – толщина образца.

Из монохроматора световые потоки I₀ и Iпопадают в фотоэлектронный умножитель, который преобразует их в фототоки. Логарифмический усилитель преобразует фототоки в напряжения, пропорциональные логарифмам потоков I₀ и I. В результате переменное напряжение на выходе логарифматора:

ΔU ~ l g I ₀ – l g I = l g = α l

оказывается пропорциональным коэффициенту поглощения образца и его оптической плотности.

Устройство спектрометра

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--