WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ЭФФЕКТ ЯНА-ТЕЛЛЕРА НА ИОНАХ Sm З + В smВ 6 Т. С. Альтшулер* Физико-технический институт uм. Е. К 3авойского 420029, Казань, Россия м. с. Бреслер Физико-технический институт uм. А. Ф. иоффе ...»

ЖЭТФ. том вьm. стр. 1860-1871

1999, 115, 5, @1999

ЭФФЕКТ ЯНА-ТЕЛЛЕРА НА ИОНАХ Sm З + В smВ 6

Т. С. Альтшулер*

Физико-технический институт uм. Е. К 3авойского

420029, Казань, Россия

м. с. Бреслер

Физико-технический институт uм. А. Ф. иоффе

194021, Санкт-Петербург, Россия

Поступила в редакцию 5 ноября 1998 г .

5mB6,

В полупроводнике с флуктуирующей валенrnостью как чистом, так и леmро­ ванном ионами редкоземельных элементов Еи 2 +, ЕrЗ+ и Gd)+, исследован электронный парамanrnтный резонанс на ионах самария со стабилизированной валенrnостью Sm)+ .

Впервые на ионах редкоземельных элементов наблюдался не только динамический, но и статический эффект Яна-Теллера. О6cyJlщается связь эффекта Яна-Теллера в полу­ проводнике с флуктуирующей валенrnостью с экситонной природой основного состояния такого полупроводника .

ВВЕДЕНИЕ 1 .

Гексаборид самария ЯВЩlется классическим объектом физики материалов с 5mB6 флуктуирующей валентностью Валентность ионов самария в нем имеет среднее [1] .

значение +2.6, но фактически флуктуирует с частотой 1013_1014 Гц между состояниями Sm2+ и SmЗ+. Кристаллическая структура 5mB6 подобна структуре CsCl и представля­ ет собой две вставленные друг в друга простые кубические решетки, построенные из атомов самария и октаэдров бора (рис. 1) .

Исследование материалов с флуктуирующей валентностью представляет значи­ тельный интерес, так как это состояние является пространственно-однородным, а при низких температурах обнаруживает черты когерентного, т. е. макроскопически­ квантового состояния. Исследование методом электронного парамагнитного ре­ 5mB6 зонанса (ЭПР) оказалось весьма эффективным. В работе было показано, что основ­ [2] ное состояние имеет характеристики, свойственные экситонному диэлектрику .

5mB6 В работе [3] обнаружена необычная конфигурация иона гадолиния 4 р 5d l, возникшая благодаря локализации на гадолинии дополнительного электрона .

Известно, что эффект Яна-Теллера· обычно не наблюдается на ионах редкозе­ мельных элементов, если исследовать его методом ЭПР. Согласно традиционной точ­ ке зрения, сильная спин-орбитальная связь, характерная для редкоземельных ионов, стабилизирует высокосимметричное состояние и препятствует возникновению эффек­ та Яна-Теллера [4]. Между тем недавно на ионах ЕrЗ+ и Gd3+ В 5mB6 наблюдался

–  –  –

Рис. 2. Примеры записи сигналов ЭПР на ионах Sm3+ в 5mB6 при двух температурах: Т = 3.8 К (кривая 1), Т = 1.6 К (кривая 2). Стрелками отмечены линии, относящиеся к квартету Г8, остальные линии соответствуют дублетам Г6 Рис. 3. Угловая зависимость положений резонансных линий иона Sm3+ при повороте магнит­ ного поля в плоскости(100) при Т = 1.6 К. Экспериментальные положения линий обозначены черными квадратами для чистого 5mB6, черными кругами для 5mB6, легированного Eu2+, тре­ угольниками и светлыми кругами для 5mB6, легированного соответственно Gd3+ и Е.з+. Линии DА, В, С и теоретически рассчитанные положения линий квартета Г8, линии Е, Р, Gтеоретически рассчитанные положения линий для дублетов' Г6." Г611' r6z ким образом, легирование 5mB6 редкоземельными примесями привело к стабилизации 0.04-0.1 ат.% ионов самария в состоянии SmЗ +. В чистом 5mB6 стабилизирующую роль, по-видимому, иrpают вакансии и дефекты .

–  –  –

приходится 2.6/0.4 = 6.5 (т.е. 6-7) ионов SmЗ +. Леrирование кристалла 5mB6 европием (Eu2+) создает 0 .





6/0.4 = 1.5 (1-2) иона SmЗ + на каждый ион Eu. Аналогично этому введе­ ние трехвалентных ионов ЕrЗ+ и GdЗ+ должно перевести часть ионов с флуктуирующей валентностью в состояние Sm2+. В действительности, введение трехвалентных ионов приводит еще к созданию дефектов решетки, так что интенсивность сигнала ЭПР на ионах SmЗ+ от введения эрбия или гадолиния не уменьшается, а несколько увеличива­ ется. Ионы SmЗ + (6-7 центров), компенсирующие заряд вакансии, могут располагаться как вблизи вакансии, так и вдали от нее. Однако, если ионы SmЗ + находятся по сосед­ ству с вакансией, только часть возможных конфигураций будет иметь тетрагональную симметрию; все другие конфигурации, в которых могут находиться ионы SmЗ+ в сосед­ них узлах, будут иметь более низкую симметрию. Отсутствие в эксперименте центров с низкой симметрией указывает на то, что ионы SmЗ + не группируются вблизи вакансии, заряд которой они компенсируют .

С другой стороны, ЭПР ионов Eu2+ [9,10], ЕrЗ+ [5] и G~З+ [10] обладает исключи­ тельно симметричными характеристиками, указывающими на кубическую симметрию окружения иона, т. е. ионы SmЗ+, компенсирующие эти заряды, также удалены от них .

Отсюда следует, что ионы SmЗ+ находятся, как правило, вдали от дефектов и при­ месей, т. е. в симметричном окружении ионов SmЗ + с флуктуирующей валентностью (со средней валентностью +2.6), и наблюдение основного состояния SmЗ+ в тетрагональном поле может быть объяснено эффектом Яна-Теллера .

С увеличением температуры от 1.6 до 4.2 К увеличивается относительное число 2 .

квартетов ГВ и, соответственно, уменьшается число дублетных состояний ионов SmЗ+ .

Этот результат совершенно естественен в случае эффекта Яна-Теллера" и не имеет про­ стого объяснения в случае локального нарушения симметрии. В последнем случае рост температуры должен был бы приводить лишь К наблюдению еще одного дублетного со­ стояния. Заметим, что экспериментальные данные также можно бьmо бы объяснить, предположив, что тетрагональное поле, расщепляющее состояния квартета, вызвано на­ личием дефекта вблизи иона SmЗ +, а термическое возбуждение может перевести ион SmЗ + в симметричное окружение. Такое объяснение, однако, противоречит уже приве­ денным соображениям, по которым соседство иона SmЗ+ с дефектом маловероятно, и, кроме того, не позволяет трактовать ЭПР трехвалентных ионов в 5mB6 с единой точки зрения .

–  –  –

можно диаroнализоватъ часть гамилътониана, линейную по колебательным координа­ там Qз; тогда, введя, как обычно, полярные координаты р, Ф:

Q2,

–  –  –

Энергетические поверхности в пространстве ЕL, р, Ф будут иметь вид хорошо известной «мексиканской шляпы». Учет членов", р2, рз, содержащих анизотропный вклад в энер­ гию взаимодействия иона с колебаниями решетки (множители sinФ, соsФ), приводит к возникновению в конфигурационном пространстве р, Ф энергетических минимумов, соответствующИх в обычном пространстве деформации октаэдра.ионов Sm по одной из главных кубических осей. taк возникает тетраroнальное поле ±Ар, которое расщепляет квартет ГВ на два дублета; полная кубическая симметрия задачи сохраняется вследствие равновероятноro заполнения дублетов с тетрагональным полем, направленным по осям z .

х, У, Это статический эффект Яна-Теллера .

Вырождение состояний иона, отвечающих различным минимумам энергии в кон­ фигурационном пространстве, снимается туннельными переходами между этими состо­ яниями: если туннельные переходы достаточно эффективны, то шестикратно вырож­ денное вибронное состояние расщепляется на вибронный квартет ГВ (вообще говоря, с перенормированными параметрами, отличающимися от исходных) и вибронный дублет Г6 (динамический эффект Яна.,-Теллера) .

Если туннельное расщепление t:. велико (по сравнению с температурой) и основное состояние является квартетом, то гамилътониан вибронноro квapTeT~ можно записать ЖЭТФ, выn. Эффект Яна-Теллера.. .

1999, 115, в виде

–  –  –

(Заметим, что вибронный дублет является изотропным: энергия его зеемановского рас­ щепления не зависит от направления магнитного поля Н по отношению к осям крис­ талла.) Сравнение с экспериментом показывает, что для того чтобы параметры виброн­ ного квартета описали эксперимент, они должны совпадать с параметрами исходного

–  –  –

корреляции между результатами для этих величин. Полученные результаты несколько уточнены по сравнению с данными, приведенными в нашем кратком сообщении [8] .

Энергия EJT характеризует по порядку величины барьер, отделяющий вибронные со­ стояния, отвечающие деформациям октаэдрического окружения иона SmЗ+ вдоль раз­ личных кубических осей .

Orношение статистических весов состояний квартета и дублета согласно теории должно быть равно трем, так как одному симметричному состоянию соответствует три искаженных состояния. Учитывая большую ширину резонансных линий, малую ам­ плитуду сигналов и грубое приближение, сделанное при определении характеристик эффекта Яна-Теллера, можно сделать вывод о том, что наша оценка близка к теории .

Таким образом, наблюдение в спектре ЭПР центра только одного типа, который находится при низких температурах в состоянии дублета, а при более высоких темпера­ турах переходит в состояние квартета, позволяет сделать вывод о том, что в соединении

–  –  –

ВЫВОДЫ 4 .

5mB6 в полупроводнике с флуктуирующей валентностью исследован электронный парамагнитный резонанс на ионах самария со стабилизированной валентностью SmЗ + .

5mB6, Измерения проведены на монокристаллах как чистого так и легированного ред­ коземельными ионами разной валентности: Еи2+, ЕrЗ+ И GdЗ+. Определены параметры спин-гамильтониана и оценена энергияЕJТ расщепления квартетного и дублетного 5mB6 • состояний в Установлено, что вся совокупность наблюдаемых фактов может быть объяснена существованием в данном соединении динамического и статическо­ го эффектов Яна-Теллера, причем, насколько известно авторам, статический эффект Яна-Теллера на ионах редкоземельных элементов наблюдается впервые. Показано, что наблюдение эффекта Яна-Теллера в соединении с флуктуирующей валентностью может быть связано с экситонно-поляронной природой основного состояния такого по­ лупроводника .

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаменталь­ ных исследований (проект 97-02-16235) .

–  –  –

7. Т. S. Altshuler and М. S. Bres1er, Czech. J. Phys. 46, Supp1. S4, 1985 (1996) .

8. Т. С. Альтшулер, М. С. Бреслер, Письма в ЖЭТФ 66, 645 (1997) .

9. Т. S. Altshuler, У. N. Mironov, and М. M.Zaripov, J. Phys. С 15, 3785 (1982) .

10. S. Kunii, Т. Uemura, У. СЫЬа, Т. Кasиya, and М. Date, J. Magn. Magn. Mater. 52, 271 (1985) .

11. Т. Uemura, У. СЫЬа, М. Hagiwara, and М. Date, J. Phys. Soc. Jap. 55, 3737 (1986) .

12. S. У. Demishev, А. У. Semeno, N. Е. Sluchanko, N. А. Samarin, J. Sing1eton, А. Ardavan, S. J. Вiundell, W. Hayes, and S. Киnii, Письма в ЖЭТФ 64, 707 (1996) .

13. М. Кasaya, Н. Кimura, У. Isikawa, Т. Fujita, Т. Кasиya, in Уа/еnсе F/uctuations in So/ids, ed. Ьу L. М. РаНсоу, W. Hanke, М. В. Мар1е, North Holland, Amsterdam (1981), р. 251 .

14. А. Абрагам, Б. Блини, Электронный парамагнитный резонанс ионов nереходных метамов, Мир, Москва (1973). .

15. А. А. Антипин, И. Н. Куркин, Л. З. Потворова, Л. Я. Шекун, фТf 7, 3209 (1965) .

16. Р. Nyhus, S. L. Соорег, Z. Fisk, and J. Sarrao, Phys. Rev. В 55, 12488 (1997) .

17. И. Б. Берсукер, Электронное строение и свойства координационных соединений, Химия, Ленинград (1976), с. 195 .

18. С. Weber, Е. Sigmund, and М. Wagner, Phys. Stat. Sol. (Ь) 138, 661 (1986) .

19. К. А. Кикоин, А. С. Мищенко, ЖЭТФ 104, 3810 (1993) .

20. Р. А. Alekseev, А. S. Ivanov, В. Domer et а1., Europhys. Lett. 10, 457 (1989) .

21. Р. А. Alekseev, А. S. Ivanov, У. N. Lazukov et а1., Physica В 180-181, 281 (1992).



Похожие работы:

«.Ордена Ленина и ордена Октябрьской ^••во.пюции " Институт атомной энергии им'. И. В. Курчатова ', 1•., / ИМ. Волкова, TJ1. Егоренкова, ИАЭ-4679/11 Г.И. Кикнадэе, ЮЗ. Чушкин, В.А. Шапошников КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЛУЧАТЕЛЬНОГО КАНАЛА ИБН ЛУЭ ФАКЕЛ Мос...»

«ГОСТ 13579-78 УДК 691.327-412:006.354 Группа Ж33 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР БЛОКИ БЕТОННЫЕ ДЛЯ СТЕН ПОДВАЛОВ Технические условия Concrete blocks for walls of basements. Specifications ОКП 58 3500 Дата введения 1979-01-0...»

«ПОЛИТОН®-УР (УФ) эмаль (ТУ 2312-033-12288779-2002) Система менеджмента качества сертифицирована по ISO 9001:2008 Описание Акрилуретановая эмаль, двухупаковочная, состоящая из основы и алифатического отвердителя. Соотношение основы и отвердителя (по массе) указано н...»

«Группа компаний "Трансстрой" C T O -ГК "Трансстрой"-023-2007 Стандарт организации Применение грунтовых анкеров и свай с тягой из трубчатых винтовых штанг "Титан" Издание официальное Москва строительство коттеджей CTO-ГК "Граисс грой -023-2007 Стандартизация в Группе компаний "Тра...»

«Оборудуем топливный участок дизельной аппаратуры Часть3 Требования к стендам для тестирования насосов высокого давления типа VE-MV (VP30) и VR (VP44) Данный тип относиться к насосам высокого давления с управ...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГО СТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 33661— СТАНДАРТ О ГРА Ж...»

«Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №4(5), 2012 УДК 621.3.002 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛИ СУММИРОВАНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ ДИСКОВ ТУРБИН © 2012 А.А. Иноземцев1, М.Ш. Нихамкин2, А.В. Ильиных2, А.М. Ратчиев1 ОАО "Авиад...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.