三价镨离子掺杂对铽镓石榴石晶体磁光性能影响的量子计算

Cai Wei; Xu You-An; Yang Zhi-Yong

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三价镨离子掺杂对铽镓石榴石晶体磁光性能影响的量子计算

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在铽镓石榴石(TGG)晶体中掺杂Pr3+离子能够有效提升材料的磁光性能,但目前缺乏系统的理论计算阐明此问题.本文根据量子理论,分析了掺杂Pr3+离子的影响机理并进行了定量计算.根据微扰理论解算久期方程,得到自旋-轨道耦合、晶场、有效场及离子之间的超交换作用下,Tb3+,Pr3+离子的能级位移及波函数;进一步解算出Tb3+,Pr3+离子自基态4f至5d的跃迁电偶极矩、各能级上的分布概率及平均磁矩;获得了Pr:TGG晶体的维尔德常数和磁化率,以及维尔德常数与Pr3+离子掺杂量之间的关系.研究结果表明:由于Pr3+离子引起的法拉第旋转角较Tb3+离子大,同时Tb3+离子和Pr3+离子之间强烈的超交换作用引起了能级的进一步分裂,导致Pr:TGG晶体维尔德常数明显提升;掺杂Pr3+离子后,晶体内部有效磁矩增高,磁化率增大,且温度依赖性降低;维尔德常数数与Pr3+离子掺杂量成分段线性关系,当晶体内部的Tb3+离子和Pr3+离子含量相等时,达到最大值.本文的计算结果与已有的实验数据符合较好.

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来源
《物理学报》 |2019年第13期|262-269|共8页
作者
Cai Wei; Xu You-An; Yang Zhi-Yong;
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正文语种 chi
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关键词
法拉第旋转; 量子理论; 维尔德常数; 磁化率;

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