Er-,3-Ga-,5-O-,12-材料磁光法拉第效應的理論研究.pdf

1、該論文經過詳細理論推導和計算,第一次用量子理論定量計算了強磁場作用下單品ErGG石榴石的法拉第旋轉角,并計算得出了ErGG石榴石在低溫4.2K、強磁場作用下與實驗基本吻合的磁性各向異性現象.按照傳統的理論,法拉第旋轉角主要是由于電偶極躍遷所形成的.劉公強、徐游等人的研究表明,對于Ce<'3+>,Pr<'3+>等稀土離子,由基組態(tài)向激發(fā)組態(tài)之間的躍遷(4f<'n>→4f<'n-1>5d)是對法拉第旋轉的主要貢獻.對于我們所研究的Er<'3

2、+>離子,激發(fā)組態(tài)與基組態(tài)之間的能量差大約在6萬cm<'-1>以上,且具體的譜項未能有資料提供.同時考慮到一個4f電子躍遷到5d上去,5d電子的自旋有兩種取向.當5d電子的自旋取4f中的7個電子自旋平行時,形成高自旋態(tài)(HS);當自旋反平行時,形成低自旋態(tài)(LS).根據Hund法則,同一個電子組態(tài)形成的能級中,總自旋越大,能量越低.因此高自旋態(tài)的能量低于低自旋態(tài)的能量,而由躍遷選擇定則可知低自旋態(tài)的躍遷是允許的,也就是說Er<'3+>離

3、子從4f<'11>躍遷到4f<'10>5d上去必須越過高自旋態(tài)才能到達自旋允許的激發(fā)組態(tài).因此,電子Er<'3+>離子4f<'11>→4f<'10>5d的躍遷是困難的.我們根據Judd and 0felt兩人分別提出的由5d電子態(tài)的相反宇稱態(tài)的波函數與4f態(tài)混合,使f→f的禁戒躍遷部分解除的理論,我們認為ErGG石榴石的法拉第旋轉是由于奇宇稱晶場所引起的4f<'11>組態(tài)內電子躍遷形成的,并第一次通過編程計算了磁場沿ErGG的[100]

4、方向時,考慮f→f中的<'4>S<,3/2>→<'4>I<,15/2>的電偶極躍遷,得出了與實驗吻合較好的結果.同時我們還計算了法拉第旋轉角與磁化強度之間的唯象關系.在計算磁化強度時我們發(fā)現,當外磁場不為零時,晶場的大小對磁化強度有較大的影響.同時稀土離子的間接交換作用對磁性的影響也是至關重要的.當磁場大于150KOe以上時,我們認為間接交換作用的大小與外磁場的大小有關,我們擬合得到了和外磁場有關的系數,使計算的磁化強度特性曲線與實驗值