SU1293597A1

SU1293597A1 - Method of determining relative signs of constants of superfine structure a and initial splitting b sub 2 super 0 of paramagnetic centers

Info

Publication number: SU1293597A1
Application number: SU853871011A
Authority: SU
Inventors: Владимир Александрович Важенин; Анатолий Дмитриевич Горлов; Александр Павлович Потапов
Original assignee: Уральский Государственный Университет Им.А.М.Горького
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1985-03-25
Publication date: 1987-02-28

Abstract

Способ относитс к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использован в научных исследовани х, а результаты - при конструировании устройств физической электроники, использукщих, кристаллы с парамагнитными центрами Целью изобретени вл етс расширение области исследуемых материалов за счет кристаллов, в которых в имеющемс диапазоне полей и частот наблюдаетс один ЭПР-переход, и увеличение достоверности определени относительных знаков в случае, когда средние сверхтонкие интервалы разных ЭПР-переходов отличаютс на величину пор дка погрешности зкспе- ;римента.ЭПР-переход наблюдают в области пересечени уровней энергии, отличающихс по проекции электронного спина на 1 или 2, регистрируют частотную зависимость резонансных положений и относительных интенсив- ностей верхних и нижних по магнитному полю сверхтонких компонент. Относительные знаки констант определ ют по виду частотной зависимости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л с со 00 СП со The method relates to the field of analysis of materials using electron paramagnetic resonance (EPR) and can be used in scientific research, and the results in the design of physical electronics devices using crystals with paramagnetic centers. The purpose of the invention is to expand the field of materials under investigation by in which, in the available range of fields and frequencies, one ESR transition is observed, and an increase in the reliability of determining relative signs in the case when the average hyperfine the intervals of different EPR transitions differ by the magnitude of the order of error of the exponent; the EPR transition is observed in the region of intersection of energy levels differing in the projection of the electron spin by 1 or 2; the frequency dependence of the resonant positions and relative intensities of the upper and lower magnetic field of ultrathin components. The relative signs of the constants are determined by the form of the frequency dependence. 1 hp f-ly, 3 ill. (L with from 00 JV with

Description

Изобретение относитс к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в научных исследовани х при детальном изучении природы парамагнитных центров (ПЦ) в диамагнитных кристаллах, Явл сь дефектами в твердом теле, ПЦ обуславливают многие физические свойства кристаллов, используемых в устройствах физической электроники в частности в квантовых парамагнитных усилител х и генераторах.The invention relates to the field of materials analysis using electron paramagnetic resonance (EPR) and can be used in scientific studies in a detailed study of the nature of paramagnetic centers (PC) in diamagnetic crystals. PCs cause many physical properties of crystals used in physical electronics devices, in particular, in quantum paramagnetic amplifiers and generators.

Цель изобретени - расширение диапазона исследуемых материалов, и по- вьшение достоверности определени .The purpose of the invention is to expand the range of materials studied, and to increase the reliability of the determination.

На фиг. изображена зависимость уровней энергии от величины магнитного пол дл ПЦ, имеющего S 5/2, I 5/2, Ь° О и при направ лении магнитного пол Н, параллельного оси симметрии ПЦ (Ы Ц С),где S - электронный спин ПЦ, I - дер- ньй спин, А - константа сверхтонкой структуры (СТС, Ь - константа начального расщеплени ; на фиг.2 - аналогична зависимость дл ПЦ 5/2, I 5/2, Ь 0, А О и НЦ С; на фиг.З - частотна зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей (значени цифрами приведены на кривых компонент сверхтонкой структуры дл перехода между энергетическими уровн ми Мп в германате свинца при Н |/ С, . FIG. shows the dependence of energy levels on the magnitude of the magnetic field for a PC having S 5/2, I 5/2, L ° O and when the magnetic field H is directed parallel to the axis of symmetry of the PC (S C C), where S is the electron spin of the PC, I is the nuclear spin, A is the hyperfine structure constant (CTS, L is the initial splitting constant; Fig. 2 is a similar relationship for PC 5/2, I 5/2, L 0, A O and NC C; Fig. .3 is the frequency dependence of the resonant positions and relative intensities (the values are numbered on the curves of the components of the hyperfine structure for the transition between ical levels of Mn in lead germanate at H | / C.

Способ определени относительньпс знаков констант fCTC) А и начальногоThe method of determining the relative signs of the constants fCTC) A and the initial

л о V l about v

расщеплени Ь заключаетс в след тощем .the cleavage of b is a trace lean.

II

Образец содержащий парамагнитные центры, помещают в высокочастотное магнитное поле и перпендикул рное ему посто нное магнитное поле, парал лельное оси симметрии ПЦ. Устанав- ливают .также частоту переменного пол и величину посто нного пол , чтобы наблюдать ЭПР--переход в районе, где один из уровней, между которыми происходит переход, пересекаетс с третьим уровнем, отличающимс на |йМ| 2 при I 1/2 или на / йМ/ 1 при любом I, поскольку только в таких местах положение уровней энергии качественно зависит от относи- тельных знаков А и Ь. Измер ют резонансные положени НA sample containing paramagnetic centers is placed in a high-frequency magnetic field and a constant magnetic field perpendicular to it, parallel to the axis of symmetry of the PC. An alternating field frequency and a constant field value are also established to observe the EPR transition in the region where one of the levels between which the transition occurs intersects with the third level, which differs by | im | 2 at I 1/2 or on / dM / 1 at any I, since only in such places does the position of the energy levels qualitatively depend on the relative signs of A and b. The resonance positions of the H are measured.

резcut

и относительные интенсивности крайних СТС-ком- понент в диапазоне частот .±А1, такand the relative intensities of the extreme CTS components in the frequency range. ± A1, so

как только частотна зависимость достаточном диапазоне позвол ет обнаружить характерное поведение уровней энергии, Нанос т на график частотную зависи1 1ость интенсивностей и Н-,,и по ней определ ют относительнas soon as the frequency dependence of a sufficient range allows the characteristic behavior of energy levels to be detected, the intensity dependence and H -, are plotted on the graph, and the relative

л 1.° l 1. °

знаки А и Ъ , использу условие: ее .чsigns A and b, using the condition: its .h

ЛИ нижн (верхн СТС-компонента между расход щимис уровн ми или верхн (нижн ) СТС-компонента между сход щимис уровн ми имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а друга СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьша сь по интенсивности вплоть до исчезновени ., тоLI lower (upper CTC component between divergent levels or upper (lower) CTC component between converging levels has a linear frequency dependence and constant intensity, and the other CTC component depends non-linearly on the frequency, decreasing in intensity until disappearing ., then

О/ABOUT/

А и Ь одного знака (А и Ъ° разного знака).A and b are of the same sign (A and b ° are of different signs).

При этом, когда наб.гаодают ЭПР- переход в районе пересечени уровней , Отличающихс на/ДМ/ 2 при I 1, регистрируют зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей двух верхних и двух нижних СТС-компонент, что позвол ет уменьшить диапазон исследуемых частот , О знаках констант суд т по аналогичной зависимости дл указанных компонент (фиг,1 и 2).In this case, when an ESR transition occurs in the region of intersection of levels different from / DM / 2 at I 1, the dependence of the resonant positions and relative intensities of the two upper and two lower CTC components is recorded, which makes it possible to reduce the range of studied frequencies, O the signs of the constants are judged by a similar dependence for the indicated components (Figs, 1 and 2).

П р -и м е р . Предлагаемый спосо был использован дл определени относительных знаков констант СТС и нчального расщеплени иона в кристалле PbjGe,jO|,, который имеет следующие параметры спинового гамильтониана: g 2,00, bj - 8670 МГц, /А/ 245 МГц.PRI mery The proposed method was used to determine the relative signs of the HFS constants and the initial ion splitting in a PbjGe, jO | crystal, which has the following spin Hamiltonian parameters: g 2.00, bj - 8670 MHz, / A / 245 MHz.

Измерени проведены на спектрометре РЭ1301 при температуре на образцах, выращенных методом Чох ральского с примесью Мп205 0,02 молного %. Резонансные магнитные пол ( измер ли с помощью измерител магнитной индукции Ш1-I,. частоту микроволнового генератора определ л по Hpg3 сигнала ЭПР ДФПГ, Относительные интенсивности измер ли на экране осциллографа и нормировали п сигналу ДФПГ.Measurements were carried out on an RE1301 spectrometer at a temperature on samples grown by the Czochalsky method with an Mn205 impurity of 0.02 mol%. Resonant magnetic fields (measured with a magnetic induction meter Ш1-I, frequency of the microwave generator was determined according to Hpg3 of the EPR signal of DPPH. Relative intensities were measured on the screen of the oscilloscope and normalized with the signal of the DPPG.

II

Образец помещали в СВЧ-резонаторThe sample was placed in a microwave resonator.

наход щийс между полюс ами магнита, устанавливали частоту клистрона, равную 9,5 ГГц, что приблизительно на А 3 больше, чем частота перехода 3/2 (в районе пересечени уровней - 1/2 и 3/2 ) дл иона с нулевым дерным спином. Измен магнитное поле, наблюдали резонансbetween the poles of the magnet, the klystron frequency was set to 9.5 GHz, which is approximately A 3 more than the transition frequency 3/2 (in the level crossing region is 1/2 and 3/2) for an ion with zero nuclear spin . Change the magnetic field, observed resonance

33

ные положени и относительные инт сивности сверхтонких компонент пхода 1/2-« 3/2. Таким образом, с шагом 0,1 - 0,02 ГГц, была зарегирирована частотна зависимость в апазоне (9,5-8,9) ГГц приведенна фиг.3, На фиг.3 хорошо видно, что положение верхней по полю СТС-ком поненты с частотой мен етс линейно , а интенсивность не зависит от частоты, тогда как положение нижней СТС-компоненты с частотой менетс нелинейно, а интенсивность уменьшаетс при уменьшении частот Поскольку переход 3/2 происходит между сход щимис уровн ми, то использу приведенное условие, приходим к выводу, что знаки А и Ь одинаковы. Следовательно, зн А, как и знак Ь, отрицательный. Дл определени относительныхimportant positions and relative intensities of the ultrathin components of the 1/2 - 3/2 approach. Thus, in increments of 0.1 - 0.02 GHz, the frequency dependence was registered in the apason (9.5-8.9) GHz given in Figure 3, Figure 3 clearly shows that the position of the upper field CTS-com ponents with frequency varies linearly, and the intensity does not depend on frequency, whereas the position of the lower CTC component with frequency changes nonlinearly, and the intensity decreases with decreasing frequencies. Since the transition 3/2 occurs between converging levels, using the given condition, we arrive at concluded that the signs of A and b are the same. Therefore, sign A, as well as sign b, is negative. To determine relative

Ьо МОЖНО было воспользоватьс поведением двух верхних и двух нижних СТС-компонент, за сче этого несколько уменьшив диапазон исследуемых частот (фиг.З).However, it was possible to use the behavior of the two upper and two lower CTC components, for which reason, by somewhat reducing the range of frequencies under study (Fig. 3).

Claims

1. A method for determining the relative signs of the hyperfine structure constant (JTS) A and the initial splitting Lp of paramagnetic centers located in crystal nodes with axial symmetry, consisting in placing a sample containing paramagnetic centers in a high-frequency magnetic field and perpendicular to it Magnetic field parallel to the axis of symmetry, observation: the CTC component of the electron transition using the electron paramagnetic resonance method with a change in the value of a constant field or frequency variable This means that, in order to expand the range of materials under study and increase the reliability of the determination, HFS components are observed in the range of the magnetic field values and frequencies of the alternating field determined by the previously known absolute value L ,, in which one of the electronic energy levels between which the transition occurs has

O

five

0

five

the intersection with the third level, I differ from Р1имс to / ЛМ / 2 at 1 1/2, or at / dM / 1 at I f О, (M is the projection of the electron spin, 3 is the nuclear spin, the CTC components are repeatedly recorded in the frequency range of the alternating field is ± А I, the resonance positions and the relative intensities of the upper and lower magnetic fields of the CTC component are measured at each frequency, and by the type of dependence of the resonant positions and relative intensities on h: the values of the alternating magnetic field, using condition: if low ( top) CTC component between divergent levels or upper ff low) CTC component between converging levels has a linear frequency dependence and constant intensity, and the other CTC component depends non-linearly on frequency, decreasing in intensity until disappearing, then the constant A and ka).

A and L ° of the same sign (different sign

2. The method according to claim 1, of which is that the observation of the CTC-component is suspected in the field of magnetic fields and frequencies of the alternating field, in which one of the levels between which the transition occurs, has the intersection with the third level, different in / DM / 2 at I 1, additionally measures at each frequency the resonance positions and relative intensities of one more upper and one lower CTS component and judging by the frequency dependence of all measured components , using the condition: if the bottom two (ver ) The CTC components between the divergent levels or the two upper (lower) CTC components between the converging levels have a linear yiactot dependence and constant intensity, while the other two CTC components depend non-linearly on the frequency, decreasing in. intensity, up to disappearance, then the constants A and b of the same sign (of a different sign).

t m -Z / AZ / 2

// j / 2

512

nineteen

18

2.a

nineteen

ft

i 8 8 g, g

0u.i

H, K9

3.1

i, 9

Editor A.Revin

Compiled by V. Mayortain

Tehred Z. Kadar Proofreader, M. Demchik

Order 378/47 Circulation 777 Subscription

VNIIPI USSR State Committee

for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

9.0S, 2

gjut.s

U, “GHz