CC BY
13ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА ОСНОВНОГО МУЛЬТИПЛЕТА ИОНА ДИСПРОЗИЯ В ОРТОАЛЮМИНАТЕ
12 3
Файзиев Ш.Ш. , Саидов К.С. , Низомова Ш.К.
1Файзиев Шахобиддин Шавкатович - кандидат физико-математических наук, доцент;
2Саидов Курбон Сайфуллоевич - кандидат физико-математических наук, доцент;
3Низомова Шахноза Кахрамон кизи - магистрант, кафедра физики, физико-математический факультет, Бухарский государственный университет, г. Бухара, Республика Узбекистан
Аннотация: данная статья посвящена изучению энергетической структуры электронных состояний редкоземельных - ионов и Dy3+ в орто-алюминате ЯАЮ3. Редкоземельных - иона Dy3+ в кристаллической структуре ортоалюмината «изинговская» ось лежит в плоскости симметрии кристаллического поля и поэтому при низких температурах в плоскости ромбического кристалла DyAЮ3 наблюдается сильная анизотропия. Исследовано электронной структуры основного мультиплета 6Н15/2 иона Dy3+ в орто-алюминате DyAIЮ3 поляризационно-оптическими и магнитными методами.
Ключевые слова: мультиплет, дублет, штарковский расщепления, редкоземельный ион, кристаллическом поле, анизотропия, изинговский ось.
УДК 538.1:548
Интерес к изучению оптических и магнитных свойств редкоземельных (РЗ) соединений со структурой ортоалюмината продиктован в существенной степени особенным характером штарковского расщепления энергетического спектра РЗ иона в этих низкосимметричных (точечная группа С) кристаллах. Так как в кристаллическом поле (КП) ортоалюмината значительную роль играет одноосная компонента электростатического потенциала, то возникающие в результате штарковского расщепления мультиплетов с нечетным числом 4^электронов РЗ иона дублеты имеют сильно анизотропные g-факторы [1]. Известно, что для изинговского РЗ - иона Dy3+ в кристаллической структуре ортоалюмината ось анизотропии - ось «легкого намагничивания» - лежит в плоскости симметрии КП, и поэтому при низких температурах в плоскости ромбического кристалла DyAЮ3 наблюдается сильная анизотропия термодинамических характеристик. Возникновение анизотропии магнитных (и магнитооптических [2]) свойств кристаллов DyAЮ3 свидетельствует также и о том, что основным состоянием иона Dy3+ в КП с симметрией С8 является дублет. волновые функции дублета которого с достаточной степенью точности описываются состояниями |±15/2> с осью квантования, совпадающей с направлением намагничивания, параллельным оси «легкого намагничивания». На наш взгляд, анизотропный характер магнитной восприимчивости х [1], обнаруженный в DyAЮ3 в области высоких температур (Т> 100 К), по-видимому, может быть также связан с "изинговским" характером вышележащих возбужденных крамерсовских дублетов основного мультиплета бН15/2 иона Dy3+. Эти дублеты заселяются по мере повышения температуры. Для получения информация об их волновых функциях поставлена задача по экспериментальному исследованию поляризационных спектров оптического поглощения в DyAЮ3. Существенную роль в подобном подходе к анализу данных оптических измерений [1-21] может сыграть сопоставление их с результатами исследований магнитной восприимчивости хв, измеряемой вдоль оси "с" ромбического кристалла DyAЮ3. Эта восприимчивость связана с "промешиванием"
волновых функций возбужденных состояний к основному при наложении внешнего магнитного поля Н.
Поляризационно-оптические измерения проводились при распространении света вдоль кристаллографического направления [001] - оси "с" - ромбического кристалла DyAlO3, причем, точность установки осей кристалла в криостате была не хуже ~2° ^ 3°.
В таблице приведены результаты измерений спектров поглощения DуAЮ3 в линейно поляризованном свете (Е|| b и E±b, где Е - электрический вектор световой волны) в полосе поглощения 6Hi5/2 ^ 6F3/2 при Т=77К. Сопоставление энергий регистрируемых штарковских компонент полосы поглощения в двух ортогональных поляризациях дает возможность определения величин энергетических интервалов и идентификации оптических переходов между штарковскими подуровнями -дублетами основного 6Hj5/2 и возбужденного 6F3/2 мультиплетов иона Dу3+ в структуре ортоалюмината. Энергетические интервалах между четырьмя нижними дублетами основного мультиплета 6Н15/2 (I, II, III и IV) равны соответственно: Aj =54 ± 2см-1, Д2 = 126 ± 2 см-1, Д3 = 208 ± 3 см-1.
Энергетический интервал между штарковскими подуровнями возбужденного мультиплета 6F3/2 (обозначенными соответственно буквами а и b) равен A = 11 ± 2 см-1 .
Особенно отчетливо анизотропный характер поглощения линейно поляризованного света выражен для компонент полосы поглощения, обусловленных оптическими переходами между штарковскими подуровнями I-IV основного 6Н15/2и верхним подуровнем b возбужденного 6F3/2 мультиплетов. Например, компонента 1 ( переход Ib) полосы поглощения наблюдается в геометрии опыта Е||Ь и практически исчезает при Е±Ь. В то же время компонента 3 (переход IIb) полосы поглощения регистрируется только в геометрии Е±Ь.
Таблица 1. Компонента полосы и ее энергия
Компонента полосы поглощения 6Н15/2 ^ 6F3/2 Энергия компоненты полосы, см-1 Переход
1 13304,6 Ib
2 13293,7 1а
3 13250 IIb
4 13241 11а
5 13178 IIIb
6 13169 Ша
7 13099,4 IVb
8 13088 IVа
Для остальных компонент полосы поглощения, обусловленных оптическими переходами Illb и IVb, анизотропия поглощения также весьма значительна.
Анизотропия штарковских компонент, полосы поглощения 6Hi5/2 ^ 6F3/2, особенно, ярко выражена в области низких температур. Это может быть вызвано тем обстоятельством, что волновые функции крамерсовских дублетов основного и возбужденного мультиплетов иона Dу3+ в DуAЮ3, могут быть аппроксимированы "чистыми" состояниями |J±Mj>, т.е. все эти дублеты (за исключением дублета с Mj =±1/2) являются изинговскими.
Список литературы
1. Valiev U.V., Dzhuraev D.R., Malyshev E.E., Saidov K.S. Electronic structure of the ground multiplet of the Dy3 + ion in the DyAlO3 orthoaluminate // Opt. Sp. № 5, 1999. P. 703-706.
2. Джураев Д.Р., Соколов Б.Ю., Саидов К.С., Ниязов Л.Н. Исследование спонтанного ориентационного фазового перехода в Тербий-Иттриевом феррите-гранате магнитооптическим методом // Украинский физический журнал. 2012, № 5, Т. 57, С. 531-537.
3. Очилов Л.И. Адсорбция воды на цеолитах типа ZSM-5 // Молодой ученый, 2016. № 12. С. 358-360.
4. Файзиев Ш.Ш., Саидов К.С., Аскаров М.А. Зависимость магнитно модулированной структуры от ориентации поля в кристалле // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96). Часть 2. С. 6-9.
5. Рахматов И.И., Толибова О. Модель массопереноса при сушке в режиме прямотока и противотока // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96) Часть 2. С. 9-12.
6. Ражабов Б.Х. Анализ физических процессов в двухступенчатых солнечных опреснителях // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96) Часть 2. С. 13-17.
7. Очилов Л.И., Арабов Ж.О., Ашурова У.Д. Измерение преобразования потенциальной энергии в поступательную и вращательную энергию с помощью колеса максвелла // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96). Часть 2. С. 18.
8. Очилов Л.И. Технология приготовления фитиля из капиллярно-полых материалов // Молодой ученый, 2016. № 12. С. 360-362.
9. Каххоров С.К., Рахматов И.И., Мухаммедов Ш.М. Особенности построения образовательного процесса на основе модульных технологий обучения в узбекистане // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96), Часть 2, С. 33-36.
10. Кобилов Б.Б., Насырова Н.К. Особенности изучения физики в вузах // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96). Часть 2. С. 52-55.
11. Нарзуллаев М.Н., Камолов В.Ш. Использование астрономических знаний в формировании экологической культуры студентов // Вестник науки и образования, 2020, № 18 (96). Часть 2. С. 56-59.
12. Насырова Н.К., Насырова Н.Г. Методика преподавания практических занятий по квантовой механике в высших учебных заведениях // Вестник науки и образования, 2020. № 18 (96). Часть 2. С. 60-63.
13. Очилов Л.И. Исследование некоторых свойств капиллярно-полых материалов // Молодой ученый, 2016. № 12. С. 362-364.
14. Fayziyev Sh.Sh., Yo'ldosheva N.B. Changes occuring in ferromagnets by adding some mixture // Scientific reports of Bukhara State University. 4:1, 2020. P. 8-13.
15. Dzhuraev D.R., Fayziev S.S., Sokolov B.Y. 'Magnetic ripple' in rhombohedral FeBO{sub 3}:Mg crystal; // 'Fundamental'nye i prikladnye voprosy fiziki' 24-25 Nov., 2010. P. 342.
16. Djuraev D.R., Fayziev S., Sokolov B. Y. Modulated magnetic state in a weak ferromagnet FeB03: Mg // 'Fundamental'nye i prikladnye voprosy fiziki' 24-25 Nov., 2010. P. 342.
17. Boidedaev S.R., Dzhuraev D.R., Sokolov B.Y., Faiziev S.S. Effect of the transformation of the magnetic structure of a FeBO3:Mg crystal on its magnetooptical anisotropy // Optics and Spectroscopy. 107:4, 2009. P. 651.
18.Atoyeva M.F. Use of Periodicity in Teaching Physics // Eastern European Scientific Journal. 4, 2017. P. 35-39.
19. Шарипов М.З., Соколов Б.Ю., Файзиев Ш.Ш. Влияние перестройки магнитной структуры кристалла FeBO3 :Mg на его магнитооптическую анизотропию // Наука, техника и образование. 10:4, 2015. С. 15-18.
20. Saidov S.O., Atoeva M.F., Fayzieva Kh.A., Yuldosheva N.B. The elements of organization of the educational process on the basis of new pedagogical tech-nologies // The American Journal of Applied Sciences, 2020. 2(09). P. 164-169.
21. Nasirova N.K., Tuksanova Z.I., Nasirova N.G. Innovative technologies in physics education // European Journal of Research and Reflection in Educational Sciences, 2020. P. 19-22.
