Analiza parametrów rozszczepienia zero-polowego oraz pola rystalicznego dla jonów Mn 2+ i Cr 3+ domieszowanych w rysztale YAl 3 (BO 3 ) 4 Paweł Gnute & Muhammed Açıgöz Czesław Rudowicz
Strutura ryształu YAl 3 (BO 3 ) 4 Grupa przestrzenna: trygonalna - R32 (No. 155) a =.9293(2) nm* c =.7236(8) nm* (γ = 12 ) Symetria węzłów: D 3 C 2 D 3 i C 2 dla Y dla Al dla B *Parametry omóri elementarnej dla czystego YAB w temperaturze poojowej. [1] G. Meszaros, E. Svab, E. Beregi, A. Watterich, M. Toth, Physica B 276-278 (2) 31-311. [2] E. Svab, E. Beregi, M. Fabian, Gy. Meszaros, Opt. Mater. 34 (212) 1473-1476.
Dane esperymentalne Mn 2+ [3] A.M. Vorotynov, et al. Phys. Solid State 49 (27) 463-466. a D 3B 2 A 12B 4 F 18B 4 g 1.9982(5) 1.9924(5) g D 783.7(1) a.15(9) F 13.6(2) [Oe] A 95(4) A 91(5) [Oe]
Dane esperymentalne Cr 3+ (1) [x] J.P.R. Wells, et al. J. Phys.: Condens. Matter 15 (23) 539-547. g x g y g z 1.978(5) D.52(2) E.1(5) [cm -1 ] ( B, c) 2
Dane esperymentalne Cr 3+ (2)
Analiza teoretyczna ZFSPs - SPM Mn 2+ 3d 5 S=5/2 ( = 2, 4) 6 S 5/2 Cr 3+ 3d 3 S=3/2 ( = 2) ( 4 F) 4 A 2 z y x q q B z y x q q B ZFS Ze S S S S O b f S S S O B H H H,,,, S g B S g B i i i q t i q K R R R b b, t R b SPM gdzie: R odległość odniesienia, R i odegłości jonu od i-tego ligandu, θ i i φ i pozycje ątowe ligandów. parametry wewnętrzne, wyładnii potęgowe
Uład osi laboratoryjnych Mn 2+ : nie wystarczający opis uładu osi laboratoryjnych bra definicji osi x i y B c z, B c Cr 3+ z c y b x a tj. tj. tj. 1 1 2 1 1 1 1 1 21 Oznaczenie osi za pomocą symboli Webera <UVTW> u a v b w c Uład osi do SPM
Otoczenie jonu Y w uładzie osi laboratoryjnych (x a*, y b, z c) liczba oordynacyjna: 6 symetria otoczenia: D 3 osie symetrii otoczenia równoległe do uładu osi rystalograficznych (a, b, c) postać H dla symetrii trygonalnej
Otoczenie jonu Al w uładzie osi laboratoryjnym (x a*, y b, z c) C 2 y liczba oordynacyjna: 6 symetria otoczenia: C 2 9 rystalograficznie równoważnych położeń 3 magnetycznie nierównoważne położenia oś jednosośna (C 2 ) symetrii otoczenia równoległa do osi rystalograficznej prostopadłej do osi c postać H dla symetrii jednosośnej (C 2 y)
Mn2+
Parametry SPM dla Mn 2+ Istnieje ila wartości parametrów SPM b ( R ) Set R ( ) b2 R 4 R ( b ) t 2 t 4 b2 4 A.22 [a] -5 [a].8 [b].21463 [c] 7 [a] 14 [c] B R=R -5 [a].8 [b] R=R 7 [a] 14 [c] C1.1965 [d] -996 [d] 2.61 [c].1965 14 [d] 14 [c] C2.1965 [d] -996 [d].8 [b].1965 14 [d] 14 [c] D.1965 [d] -996 [d].8 [b].1965 7 [a] 14 [c] [a] D. Jaque, et al. J. Phys.: Condens. Matter 9 (1997) 9715-9729. [b] A Brenier, et al. Opt. Mater. 28 (26) 31-323. [c] A. Watterich, et al. J. Phys.: Condens. Matter 15 (23) 3323 3331. [d] D.J. Newman, E. Siegel, J. Phys. C 9 (1976) 4285-4292.
Mn 2+ Wynii (1) Y Al b 2 1 b 2 2 b 2 [a] 24.3 -.97-11.29 [b] -734. -11.62-112.83 [a] -438.5 183.7-122.2-9.8 6.7 4.3 235.4-6.8 [b] -734.8 266.5-151. -15.6 1.6 6.8 366. -1.5 1 2 3 4 [a] bez dystorsji otoczenia. [b] z dystorsją otoczenia ( R i θ) dającej najlepsze dopasowanie do wartości esperymentalnej parametru b 2 Wartości esperymentalne b 2 b -734.6(1) 4.25(6).14(8) 4 b 3 4 [1-4 cm -1 ]
Mn 2+ Przybliżenie symetrii otoczenia jonu Al do symetrii D 3 2 modele symetrii: D 3 (1) & D 3 (2) - jednosośna C 2 ; - trygonalna D 3 (1) - trygonalna D 3 (2); / - nad/pod płaszczyzną xy C 3 c z & C 2 b y & C 2 a R j = R śr (C 2 ) ϴ j = ϴ śr (C 2 ) φ j =??? D 3 (1) 2 ligandy wyazują małą dystorsję od φ =12 D 3 (2) uśrednienie dystorsji dla wszystich ligandów
Mn 2+ Wynii (2) Y Al b 2 1 b 2 [b] -734. -11.62-112.83 [a] -438.5 183.7-122.2-9.8 6.7 4.3 235.4-6.8 [b] -734.8 266.5-151. -15.6 1.6 6.8 366. -1.5 [c1] 23.9-454.49-9.61 [c2] 244.9 [d1] 367.1-734.7-15.6 [d2] 389.4 [a] bez dystorsji otoczenia; [b] z dystorsją otoczenia ( R i θ) bez zmiany symetrii {dającej najlepsze dopasowanie do wartości esperymentalnej parametru b 2 }; [c] z dystorsją otoczenia ( R i θ) i podwyższeniem symetrii z C 2 do D 3 ; [d] z dystorsją otoczenia ( R i θ) z podwyższoną symetrią bez jej zmiany {}. Wartości esperymentalne b 2 2 b 2 b -734.6(1) 4.25(6).14(8) 4 1 b 3 4 2 3 [1 4 cm 1 ] 4
Mn 2+ Wynii (3) D a F b 2 b -783.7(1).15(9) 13.6(2) -734.6(1) 4.25(6).14(8) 13.6.15 4.25 119.7 4 b 3 4 [Oe] [1-4 cm -1 ] Najlepsze dopasowania: 3 3 b4 Y -734. -11.62-112.83 9.71 Al(1) 367.1 23.53-734.7-15.6 Al(2) 389.4 24.96 b 3 4 b4 28.16 Symetria ubiczna: b 2 3 b4 b4 2 2 28.28
Mn 2+ Wynii (3) - dystorsja Y Al (D 3 ) [nm] R -.25 > -.64 [ ] -4.52 > -.627 C 2 D 3 (1) & D 3 (2) D 3 (1) D 3 (2) Ligand i ΔR i [nm] Δθ i [ ] Δφ i [ ] Δφ i [ ] O(1) 1/2.24 +/-1.435 -/+14.32 -/+9.547 O(2) 3/4 -.38 +/-.475 -/+.725 +/-4.48 O(3) 5/6.36 -/+1.91 +/-.724 +/-5.497 Jony Mn 2+ bardziej prawdopodobnie podstawiają się w miejsca jonów Al 3+ podnosząc symetrię z jednosośnej na trygonalną Podobnie wynii uzysuje się dla pozostałych zestawów parametrów modelu SPM
Cr3+
Parametry SPM dla Cr 3+ Istnieje ila wartości parametrów SPM Set R b R t 2 Ref. 2 a.1952 234 [1] b.211 2355 -.12 do -.6 [2] c.1952 237 [3] [1] K.A. Müller, W. Berlinger, J. Albers, Phys. Rev. B 32 (1985) 5837 5844. [2] K.A. Müller, W. Berlinger, J. Phys. C: Solid State Phys. 16 (1983) 6861 6874. [3] T.H. Yeom, Y.M. Chang, C. Rudowicz, S.H. Choh, Solid State Commun. 87 (1993) 245 249.
Parametry ZFS vs t 2 Y Al t 2 D b 2 D b 2 E 1/3b 2 2 1 b 2 -.12-1591 8144-98 -16 -.36-1626 7979-128 -44 -.6-1662 7818-156 14 Dane esperymentalne wsazują na symetrię OR 1 Parametr b 2
Dystorsja otoczenia jonów Y i Al YO 6 D 3 AlO 6 C 2 W obu przypadach dystorsja symetrii otoczenia jonów nie zmienia ich symetrii
Wynii (1) [1 4 cm 1 ] D E esperyment* 52 1 - Y 3+ 1) -525 - - 525 - - Al 3+ 2) 52-11 125 3) 52-11 1.39 1 b 2 * dane esperymentalne tylo jao wartości bezwzględne; 1) θ = 1.477 & -1.9247 [ ] odpowiednio dla ujemnej i dodatniej wartości D exp ; 2) θ 1 =.87, θ 2 =.786, θ 3 =.67 [ ]; 3) θ 1 =.864, θ 2 =.786, θ 3 =.67 [ ], R 1 = -.258, R 2 = -.69, R 3 =.58 [nm]. Jon Cr 3+ podstawia się w położenie jonu Al 3+ gdzie nie oniecznie musi zmienić symetriię otoczenia.
Analiza pola rystalicznego (1),,, q q z y x q q CF C B L L L O r A H n i i i q i q K R A r A 1, t i i R R R A R A SPM
Analiza pola rystalicznego (2) CFPs: B 2 B 21 B 21 B 22 B 22 (a) Y 3+ (b) Y 3+ (a) Al 3+ (b) Al 3+ (c) [R] Al 3+ (a) 3DD- MO* (b) 3DD- MO** (c) [R] 3DD- TR*** -1655.9-5453.3 855.6 5652.1 6196. 8513.6 5652.7 62.2 - - -255.9 57.4 79.3 - - - - -136.6 - - 384.1 465.8-139.5 38.8 465.5 276.6 - - - - -24.8 κ.45.82.45 S 2 3815. 2778.3 3815. 2778.3 (a) bez dystorsji otoczenia (b) z dystorsją otoczenia dającej najlepsze dopasowanie do wartości esperymentalnych parametrów ZFS [R] M.G. Bri, A. Majchrowsi, L. Jaroszewicz, A. Wojciechowsi, I.V. Kity, Philosophical Magazine 9 (21) 4569 4578.
CFPs: B 4 B 41 B 41 B 42 B 42 B 43 B 43 B 44 B 44 Analiza pola rystalicznego (3) (a) Y3+ (b) Y3+ (a) Al3+ (b) Al3+ (c) [R] Al3+ (a) 3DD-MO* (b) 3DD-MO** (c) [R] 3DD-TR*** -2175-2162 -2276-22429 -2672-2327 -22474-26165 - - 32-1372 -88 +/-1679 -/+9 -/+/-/+31 - - - - 1399 +/+/-/-3 - - 1137 119-726 159 152 43 - - - - -1257.3 +/-/-/+3. -1364-1474 23113 23457 26352 +/-23221 +/-23449 -/+/-/+26426 - - - - -1 -/-/+/+6 - - -2549 1195 786-1714 9-765 - - - - -136 -/+/+/-2 S4 13418 15213 13418 15213 * α = /18; β = 1.46/-1.46; γ = / [ ]. ** α = /18; β = -.51/.51; γ = / [ ]. *** α = 59.88/59.88/239.88/239.88; β = -1.24/178.76/-178.76/1.24; γ =.17/179.83/179.83/.17 [ ].
Publiacje Muhammed Acıgoz, Paweł Gnute, Analysis of the zero-field splitting parameters of Mn 2+ ions doped into yttrium aluminum borate YAl 3 (BO 3 ) 4 single crystal: Substitution position of the impurity ion, Optical Materials (214). Muhammed Acıgoz, Paweł Gnute, Czesław Rudowicz, Analysis of low symmetry aspects revealed by the zero-field splitting parameters and the crystal field parameters for Cr 3+ ions doped into yttrium aluminum borate YAl 3 (BO 3 ) 4 crystal, Optical Materials (214).
Dzięuję za uwagę