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晶场对称性方法研究稀土激光晶体的光谱和磁学性能
作 者: 陈学元
导 师: 张乾二;罗遵度
学 校: 中国科学院研究生院(福建物质结构研究所)
专 业: 物理化学
关键词: 晶场 磁学性能 群链 矩阵元 哈密顿量 对称性 方法研究 电子能级结构 稀土离子 静电模型
分类号: O73
类 型: 博士论文
年 份: 1998年
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内容摘要
本文以Butler 的群链方案为基础分析了稀土离子掺杂的激光晶体的电子能级结构。首先以参数化的、静电模型哈密顿量来表示单电子晶场作用势, 根据群链分支定则, 激活离子在晶格中占据的位置对称性决定了晶场势展开项,即对称性允许存在的晶场势成分。利用群链理论, 属稀土离子4fn 组态的波函数表示为以不可约表示(Butler 符号) 标记的群链基波函数的线性组合; 借助Wigner-Eckart 定理和2jm 和3jm 因子的分解定律计算了晶场哈密顿的矩阵元; 根据点电荷模型和已知晶体结构数据, 利用点阵求和技术计算得到传统晶场参数Bkq 初值, 相应的非传统形式的群链参数初值则由两种方案下的转换关系求得; 这些初值通常作为非线性拟合晶场能级计算的初值, 系统的对称性畸变信息则反映在以同阶晶场参数的比值作为能级拟合的约束条件。晶场能级拟合分成两步进行:(1) 对角化自由离子的参数哈密顿, 得到以纯LS 耦合谱项2S+1LJ 为基的中间耦合波函数, 从而计算各谱项之间的约化矩阵元;(2) 计算已知实验晶场能级数据的光谱项的晶场分裂矩阵元, 然后同时对角化并以最小二乘法程序拟合实验值, 从而得
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全文目录
中文摘要 7-9 Abstract 9-11 Acknowledgement 11-12 Publications 12-13 Chapter 1 Introduction 13-22 1.1 Historical outline 13-14 1.2 Conventional crystal-field theory 14-19 1.3 Introduction of the group-chain approach 19-22 Chapter 2 Group-chain scheme analysis 22-69 2.1 Crystal-field Hamiltonian in the group-chain scheme 22-27 2.2 The relationship between the CF parameters of two different schemes 27-30 2.3 The matrix elements of the crystal-field Hamiltonian 30-33 2.4 Crystal-field-level fitting 33-35 2.5 The Zeeman interaction, Schottky specific heat and paramagnetic susceptibility 35-39 2.6 Study of the relative emission intensity and polarization 39-48 2.6.1 The matrix element for the electric-dipole(ED) transition 39-45 2.6.2 Fitting the odd crystal-field parameters 45-46 2.6.3 Selection rules 46-48 Appendixes 48-69 Appendix 2.1 The commonly used intermediate-coupling wavefunctions of RE ions 48-50 Appendix 2.2 Reduced matrix elements of U~((k)) between terms for RE~(3+) ion 50-52 Appendix 2.3 The matrix elements of CF Hamiltonian for D_3 site-symmetry with the group-chain SO_3(?)O(?)D_3 52-57 Appendix 2.4 The matrix elements of CF Hamiltonian for S_4 site-symmetry with the group-chain O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d)(?)S_4 57-60 Appendix 2.5 The matrix elements of CF Hamiltonian for D_(2d) site-symmetry with the gropy-chain O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d) 60-63 Appendix 2.6 The least-squares fit program for Er~(3+):LiYF_4 with S_4 site-symmetry 63-69 Chapter 3 The application of group-chain scheme analysis 69-143 3.1 Er~(3+):LiYF_4 69-78 3.1.1 Introduction 69 3.1.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 69-75 3.1.3 The Zeeman interaction 75-78 3.2 Nd~(3+):LiYF_4 78-83 3.2.1 Introduction 78 3.2.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 78-80 3.2.3 The Zeeman interaction 80-83 3.3 Tm~(3+):LiYF_4 83-94 3.3.1 Introduction 83 3.3.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 83-87 3.3.3 The Zeeman interaction, Schottky specific heat and magnetic susceptibility 87-90 3.3.4 Study of the polarization and relative intensities of emissions 90-94 3.4 Tm~(3+):YVO_4 94-109 3.4.1 Introduction 94 3.4.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 94-97 3.4.3 The Zeeman interaction, Schottky specific heat and magnetic susceptibility 97-101 3.4.4 Judd-Ofelt parameter analysis 101-104 3.4.5 Fluorescence dynamics of Tm~(3+) ions in YVO_4 crystal 104-109 3.5 Nd~(3+):YVO_4 109-116 3.5.1 Introduction 109 3.5.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 109-111 3.5.3 Study of the polarization and relative intensities of emissions 111-116 3.6 Nd~(3+):YAl_3(BO_3)_4 116-130 3.6.1 Introduction 116-117 3.6.2 Energy-level-fitting and wavefunctions 117-121 3.6.3 The Zeeman interaction 121-123 3.6.4 Study of the line-to-line fluorescence emissions from ~4F_(3/2) 123-130 Appendixes 130-143 Appendix 3.1 Wavefunctions of crystal-field energy levels (O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d)(?)S_4) for Er:YLF 130-132 Appendix 3.2 Wavefunctions of crystal-field energy levels (O_3(?)Oh(?)Td(?)D_(2d)(?)S4) for Nd:YLF 132-135 Appendix 3.3 Wavefunctions for crystal-field energy levels (O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d)) for Tm:YLF 135-137 Appendix 3.4 Wavefunctions for crystal-field energy levels (O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d)) for Tm~(3+):YVO_4 137-140 Appendix 3.5 Wavefunctions for crystal-field energy levels (O_3(?)O_h(?)T_d(?)D_(2d)) for Nd~(3+):YVO_4 140-141 Appendix 3.6 Wavefunctions for crystal-field energy levels (SO_3(?)O(?)D_3) for NYAB 141-143 Chapter 4 Concluding remarks 143-149 4.1 Brief summary 143-144 4.2 Discussion of two-electron CF effects 144-146 4.3 Discussion of the ED intensity calculation 146-148 4.4 Future work 148-149 References 149-153
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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理
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