三价镨离子掺杂对铽镓石榴石晶体 磁光性能影响的量子计算

• 作者: 杨志勇 蔡伟 许友安
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 法拉第旋转 量子理论 维尔德常数 磁化率
• 年，卷（期）: 2019,（13）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质
• 页码范围: 262-269
• 页数: 8页
• 字数: 4780字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.68.20190576

摘要

在铽镓石榴石(TGG)晶体中掺杂Pr3+离子能够有效提升材料的磁光性能,但目前缺乏系统的理论计算阐明此问题.本文根据量子理论,分析了掺杂Pr3+离子的影响机理并进行了定量计算.根据微扰理论解算久期方程,得到自旋-轨道耦合、晶场、有效场及离子之间的超交换作用下,Tb3+,Pr3+离子的能级位移及波函数;进一步解算出Tb3+,Pr3+离子自基态4f至5d的跃迁电偶极矩、各能级上的分布概率及平均磁矩;获得了Pr:TGG晶体的维尔德常数和磁化率,以及维尔德常数与Pr3+离子掺杂量之间的关系.研究结果表明:由于Pr3+离子引起的法拉第旋转角较Tb3+离子大,同时Tb3+离子和Pr3+离子之间强烈的超交换作用引起了能级的进一步分裂,导致Pr:TGG晶体维尔德常数明显提升;掺杂Pr3+离子后,晶体内部有效磁矩增高,磁化率增大,且温度依赖性降低;维尔德常数数与Pr3+离子掺杂量成分段线性关系,当晶体内部的Tb3+离子和Pr3+离子含量相等时,达到最大值.本文的计算结果与已有的实验数据符合较好.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	蔡伟	火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室	12	3	1.0	1.0
5	杨志勇	火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室	6	2	1.0	1.0
6	许友安	火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室	2	0	0.0	0.0