论文题目: 新型材料中过渡金属激活离子的磁相互作用及其微观自旋哈密顿理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 杨子元
导师: 郝跃
关键词: 过渡金属激活离子,磁相互作用,自旋哈密顿参量,晶体材料,晶体场理论,完全对角化方法,微扰理论方法
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文对晶体材料中过渡金属激活离子的磁相互作用与微观自旋哈密顿参量做了系统的研究。主要内容与结果如下:（1）对晶体材料中过渡金属离子的磁相互作用与微观自旋哈密顿理论的理论背景进行综述与评价。这些包括三个方面,（i）SO、SS、SOO以及OO磁相互作用的理论背景;（ii）晶体场理论的理论背景;（iii）自旋哈密顿参量获得的两个基本途径,即:微扰理论方法（PTM）与完全对角化方法（CDM）。（2）在中间晶场耦合图像下,建立了轴对称晶场下（包括三角晶场与四角晶场）的完全能量矩阵。能量矩阵的建立中,采用了两种不同的基函数,一种是球对称群（SO（3））对应的自由离子不可约表示基函数,另外一种是轴对称基函数（包括三角基与四角基）。在能量矩阵中,除了包括人们通常考虑的SO （Spin-Orbit）磁相互作用外,我们还首次考虑了以前被人们普遍忽略的SS （Spin-Spin）、SOO（Spin-Other-Orbit）以及OO （Orbit-Orbit）磁相互作用。利用CDM方法发展了3dN（N = 2-8）离子在轴对称晶场中的全组态自旋哈密顿理论。使用Visual Basic语言发展了CFA/MSH （Crystal Field Analysis/Microscopic Spin Hmailtonian）计算机程序与CDM/MSH （Complete Diagonalization Method /Microscopic Spin Hmailtonian）系列程序。CFA/MSH程序以球对称群对应自由离子不可约表示基函数为基,它是在Yeung与Rudowicz早期发展的CFA程序基础上发展起来的。CDM/MSH系列程序则是以四角基与三角基为基,它是基于我们早期利用Fortran语言针对3d3/7离子发展CDM程序发展起来的。研究表明,如果考虑3dN离子所有微观态,当输入相同参量时,CFA/MSH程序与CDM/MSH系列程序给出了完全相同的结果。CFA/MSH程序或者CDM/MSH系列程序不仅能够使我们获得掺杂晶体中3dN离子的精细能级分裂与对应的全组态混合本征矢,而且能够获得体系的SH（Spin-Hamiltonian）参量。此外,CFA/MSH程序还能被用来研究由于畸变角引起的低对称效应。由于SH参量随晶体结构的微变非常敏感,因此,本文的理论方法为研究晶体结构微变、缺陷、相变以及高压行为等提供了一条有效途径。（3）首次考虑了以前被人们普遍忽略的SS、SOO磁相互作用,基于CDM研究了三角对称下3A2(3d2/8)与4A2（3d3）态离子以及四角对称下4B1（3d3）态离子SH参量的微观起源。研究表明:自旋哈密顿参量起源于四种机制,即:（i）SO耦合
论文目录:
摘要
Abstract
英文缩写表
第一章 绪论
1.1 研究的科学意义与应用前景
1.2 本文的主要研究内容和安排
第二章 理论背景
2.1 基本假设
2.2 系统的Hamiltonian
2.3 晶场耦合图象
2.4 晶场参量(CFP)模型
2.4.1 晶体场的参量化
2.4.2 晶场参量的几种模型
2.5 Hamiltonian 矩阵的建立与完全对角化方法(CDM)
2.5.1 体系的Hamiltonian
2.5.2 Racah不可约张量算符法与Wigner-Eckart定理
2.5.3 能量矩阵的建立
2.5.4 晶体中l~N离子与l~(4l+2-N) 离子约化矩阵之间关系
2.5.5 轴对称晶场下体系的Hamiltonian 矩阵的基本特征
2.5.6 能量矩阵与完全对角化方法
2.6 小结
第三章 自旋哈密顿参量的理论分析
3.1 轴对称下自旋S=1 与S=3/2 体系的SH 参量
3.1.1 S =1 与S =3/2 体系有效自旋哈密顿
3.1.2 3d~2/3d~8 (S = 1)态离子
3.1.3 3d~3/3d~7(S = 3/2)态离子
3.2 轴对称下自旋S = 2 与S = 5/2 体系的SH 参量
3.2.1 S = 2与S = 5/2自旋体系的有效自旋Hamiltonian
3.2.2 自旋S = 2 体系
3.2.3 自旋S = 5/2 体系
3.3 CFA/MSH 与CDM/MSH 程序
3.4 小结
第四章 自旋哈密顿参量的微观起源
4.1 ~3A_2(3d~8) 态离子的自旋哈密顿(SH)参量
4.1.1 三角对称(C_(3v), D_3, D_(3d))下不同晶场参量之间的关系
4.1.2 ~3A_2(3d~8)态离子SH 参量研究的历史与现状
4.1.3 文献中几种CDM 结果的有效性
4.1.4 PTM 近似解析公式收敛性的研究
4.1.5 ~3A_2(3d~8)态离子的SH 参量的四种机制
4.2 ~3A_2(3d~2)态离子自旋哈密顿(SH)参量
4.2.1 问题的提出
4.2.2 基态分裂的物理图像
4.2.3 SH 参量的微观起源分析
4.2.4 SH 参量随晶场参量的变化及其各种耦合机制
4.2.5 本节结论
4.3 三角对称晶场中~4A_2(3d~3)态离子的自旋哈密顿参量
4.3.1 研究背景
4.3.2 基态分裂图像
4.3.3 基态SH 参量的微观起源分析
4.3.4 Macfarlane 与Zdansky PTM有效性研究
4.4 四角晶场中~4B_1(3d~3)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量
4.4.1 研究背景
4.4.2 四角对称下Wybourne 符号与Macfarlane 符号的关系
4.4.3 四角对称中~4B_1(3d~3)态离子PTM 微扰公式的收敛性
4.4.4 ~4B_1(3d~3)态离子SH 参量的微观起源
4.4.5 ~2E 态的双重谱线结构
4.4.6 讨论与结论
4.5 小结
第五章 微观自旋哈密顿(MSH)理论的应用
5.1 非线性晶体 LiNbO_3: Ni~(2+)
5.1.1 研究背景
5.1.2 LiNbO_3 晶体中Ni~(2+)离子的相关参数
5.1.3 结果与讨论
5.1.4 小结
5.2 α-LiIO_3 晶体的三种顺磁Cr~(3+)离子缺陷中心
5.2.1 引言
5.2.2 三种顺磁缺陷中心局域结构模型分析
5.2.3 C_(3v) 近似下的SH 参量与晶格畸变
5.2.4 C_3 点群对称下SH 参量的低对称效应(LSE)
5.2.5 结论与讨论
5.3 铁电晶体材料 KTaO_3: Fe~(3+)中 Fe_K~(3+)-O_I~(2-)缺陷中心研究
5.3.1 引言
5.3.2 Fe_K~(3+)-O_I~(2-)缺陷中心局域结构模型与 CF 参量
5.3.3 结果与讨论
第六章 结束语
致谢
参考文献
攻读博士期间的研究成果
附录
附录 A
附录 B
附录 C
附录 D
附录 E
附录 F
发布时间: 2007-01-10
参考文献
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