Способ определения знака начального расщепления спинового мультиплета парамагнитного иона Советский патент 1986 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к физическим измерениям и может найти применение при исследовании парамагнитных центров методами радиоспектроскопии (электронного парамагнитного резонанса - ЭПР), например, в кристаллах, претерпевающих структурные фазовые переходы.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения знака началного расщепления спинового мульти- плета .парамагнитного иона при любых температурах.

На фиг. 1 представлены уровни энергий состояний мультиплета иона С (спин S З/г) в магнитном поле Н, направленном вдоль главной оси в случае Л) 0; на фиг. 2 - то же, в случае -D 0.

Пример. Для иона C начальное расщепление равно 2D. Б является параметром спинового гамильтониана, описывающего спектр ЭПР этого иона. Основным мультиплетом является мультиплет со спином 5 3/2 В обоих сшучаях возможны три разре- щенных квантово - механических rippe- хода между уровнями мультиплета, которым соответствуют три линии поглощения в спектре ЭПР, показанные на фиг. 1 и 2. Как в случае 3) О, так и J} О .резонансные линии находятся в одних и тех же полях. Существует различие только в расположении уровней по энергии, Так. например, низкополевая линия поглощения (первая) в случае ) О возникает в результате перехода между двумя наиболее низкими по энерл ии уровнями. Низкие уровни по закону Больцмана сильнее заселены, а следовательно при Т) О низкополевая линия наиболее интенсивна Ъри низких температурах. В случае JD О наоборот, низкополевая линия возникает в результате перехода между двумя наиболее высокими по энергии уровнями, и поэтому при1)0 низкополевая линия наименее интенсивна. Различие в интенсивностях низкополевой (3,) и высокополевой (35)линий описывается соотношением

/ЗГ ЕХР С - , 0) где Ь - постоянная Планка; 9 частота;

k - постоянная Больцмана; Т - температура по Кельвину. В слу11ае использования широко распространенных спектрометров, ра2

ботающих на частоте -Ч 10 ГГц,-для получения различия в интенсивностях J, и 3j в 10% (без воздействия давления ) необходимо проводить иссле- дование при Т 8 К.

В предлагаемом способе измерение спектров ЭПР осуществляется при направлении магнитного поля перпендикулярно главной оси кристалла и одно- временном воздействии на образец осевого давления, приложенного вдоль главной оси кристалла.

Осевое давление Р , приложенное вдоль оси симметрии кристалла, изме- няет величину аксиальной компоненты внутрикристаллического поля, действующего на парамагнитный ион. Это отражается на изменении параметра начального расщепления 3) , что в свою очередь приводит к изменению положений резонансных линий в магнитном поле.

Изменение положения в магнитном поле К -резонансной линии спект;

ра (Н,) с изменением давления ()

( о г (

зависит от скорости изменения параметра начального растепления с из/JD

менением давленияl-jp-j согласно соот- нощёния

ib ic dp

(2;

j FH может быть вычислено по известным выражениям энергий состояний мультиплета. Если магнитное поле И направлено перпендикулярно (под углом) к главной оси кристалла, то

0 уровни энергий состояний мультиплета в общем случае являются нелинейной функцией параметра Вив этом случае F,, зависит от Г . Если определить знаки (ЗНц Р для нескольких

резонансных линий, то можно найти знаки dD/JP и FK . Зная знак Рц легко найти и знак D , от которого оно . зависит.

Спектр иона Сг (спин 6 3/2} в аксиальном кристалле состоит из трех резонансных линий трех разрешенных переходов с правилом отбора Дт ±1. Осевое давление, приложенное вдоль оси симметрии кристалла, изменяет величину аксиальной компоненты электрического внутрикристаллического поля, действующего на парамагнитный ион, что отразится в изменении параметра начального рас3

щепления D , что, в свою очередь, приведет к изменению положений резонансных линий в магнитном поле. При направлении осевого сжатия вдоль оси симметрии кристалла С и при направлении магнитного поля Н перпендикулярно оси симметрии, ског- рости изменения положений резонансных линий от давления описываются соотношениями

(3PH,(H,flj 3P7Fb3D /4(5pH.fV- °/23pH, (3)

9P7F tlPNl-f{i- /8(5pH,f}

где - фактор спектроскопического

.расщепления; Р - магнетон Бора; D - параметр начального расщепления ;

Hj, Н., Hj - магнитные поля резонансных линий.

Данное соотношение справедливо при условии .

Дпя определения знака параметра начального расщепления необходимо при фиксированной температуре получить зависимость положений резонансных линий от давления с целью определения знаков dH, dHj /dP , (} Н /d Р . Воспользовавшись первым иЛи третьим уравнением соотношения () определить знак параметра JD /dP ;Воспользовавшись вторым уравнением

18322

соотношения (3) определить знак параметра начального расщепления D по знаку dH 2 /(ЗР

Предлагаемым способом исследовали 5 ион Ср в кристалле AlCfj-6 НдО, при комнатной температуре и частоте 5 9,0116 ГГп. Изучая влияние осевого давления на спектр ЭПР при НСС) , установлено, что(}Н(/(ЗР JHj/(JjP 10 -(0,242±0,008/з), кг7см, , iHj/dP - (0,031 1 0,008/ э), кг/см ; Опираясь на значения jM, /dP или (3Hj /tJP определено, 4TodDVJP - (0,226 i 0,01} 10 см- , кг/см Отрицательные значения d3)/dP и (ЗН. /dP возможны согласно (3) толь15

ко при D о.

Формула из обр е.т е и и я

Способ определения знака начального расщепления спинового мульти- плета парамагнитного иона, основанный на измерении спектра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности из- . мерений знака начального расщепления спинового мультиплета парамагнитного иона при любой температуре, на исследуемый кристалл одновременно воздействуют осевым давлением, приложенным вдоль главной оси кристалла, при этом магнитное поле направляют перпендикулярно, к главной оси, определяют скорости изменений положений резонансных линий спектра Э1ТР парамагнитного иона в магнитном поле с изменением давления, величины и знаки которых определяют знак параметра начального расщепления.

/ /«J/f

Изобретение относится к области физических измерений и может найти применение при исследовании парамагнитных центров методами спектроскопии. Цель изобретения - обеспечение возможности определения знака начального расщепления спинового мультиплета парамагнитного иона при любых температурах. С этой целью на исследуемый образец воздействуют осевым давлением, приложенным вдоль главной оси кристалла, а магнитное поле направляют перпендикулярно к главной оси. Определяют скорости изменений положений резонансных линий спектра ЭПР с изменением давления, величины и знаки которых определи- ют знак начального расщепления. 2 ил. о

Л л

mj-.-1IZ

mf -3/Z

Составитель А.Фёдоров Редактор И.Сегляник Техред М.Пароцай

Заказ 1128/53 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.А,А

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,А

л

A

фиг. 2

Корректор М.Максимишинец