ZnSMn2＋与ZnSFe3＋体系的基态零场分裂理论研究-第四纪研究.PDF

第 19卷 第 2期 原 子 核 物 理 评 论 Vo1．19，No．2 2002年 6月 NuclearPhysicsReview Jurle，2002 文章编号 ：1007—4627(2002)02一o29o—o5 ZnS：Mn2+与 ZnS：Fe3+体 系的基态零场分裂理论研究 迭 东 ，邝小渝 ，鲁 伟 (四川大学物理学研究院 ，原子与分子物理研究所 ， 四川 成都 610065) 摘 要 ：在 ZnS晶体 中掺入 Mn 或 Fe蚪离子 的EPR谱 已得 到 了广泛 的研 究．然而，理论结果显 示其 EPR零场分裂的计算值远 小于实验观察值 ，这一理论与实验 的矛盾至今仍未得到满 意 的解 决．假定在 四面体 ZnS中，S原子在成键 时采取 了 p 杂化轨道 的形式 ，从而使 S离子显示 出正 的 有效 电荷．从这一观 点 出发 ，通过对 角化三角场 中的微扰 能量矩阵 ，使得ZnS：Mn 和 ZnS：Fe什 体 系的EPR零场分裂参量 ，D 和 (“一F)的实验值都 能得 到满意 的解释． 关 键 词 ：光谱 ；EPR 谱 ；基 态零场分 裂 中图分类号 ：0562．1 文献标 识码 ：A 1 引言 场参量 D。，并 由此对 ZnS：Mn 和 ZnS：Fe计体 系的 EPR零场分裂 的实验结果给 出合理 的理论解 ZnS是一种共价化合物．在其 中掺入过渡金属 释 ． 离子后 ，所形成 的络合物具有许 多特殊 的物理性质 并具有广泛的潜在应用价值 ]，如在激光 、激光冷 2 理论分析 却 、光通讯 、储存和纳米技术等方面．因此 ，从理 论上研 究 ZnS晶体 内的 电磁 结构对认识 ZnS的各 2．1 ZnS：Mn 和 ZnS：Fe3体 系 的 EPR立方 零 种特性具有十分重要 的意义．在过渡金属与 S所形 场 分裂 成 的络合物 中，通 常 S离子被认为是处于氩原子态 根据 电子 顺 磁 共 振 理 论 ，描 述 d 组 态 离 子 的阴离子 S卜．然 而 ，通过 对 ZnS中 Mn 和 Fe” (Mn抖 ，Fe蚪)A 基态在立方配体场 中的 自旋 哈密 的 电子顺磁共振谱 的研 究 ，我们注 意到如将 S离子 顿算符为 作为有效 电荷为 负 的阴离子处理 ，则 ZnS：Mn c／／一gpn ·s+ 1口[s{+s；+s{一 和 ZnS：Fe蚪 中的 EPR立方零场分裂参量 的理论 值仅约为实验值 的二分之一．最近 ，Zhou等 认为 喜s(S+1)(3S+3S一1)]． (1) 掺杂离子 的局域配位结构可 能是一个 Oh八面体 结 构．然而 ，Stavrev等 的研究结果表 明，在 ZnS： 在外磁场为零 时 ，A 态将分裂成一个 四重态和一 Mn 中Mn 离子 的局域配位 结构仍然是 丁 四面 个二重态 ，其分裂值为 3n．长期 以来 ，从理论上计 体结构．根据 已有 的实验 结果 ，我们认为 Stavrev 算 A 基态零场分裂参量 “一直是一个 困难 的问题． 等人 的观点更为合理 (即 ZnS：Mn 与 ZnS：Fe蚪 正如 Low 等Ⅲ在早期理论研 究 中所 描述 的那样 ： 体系 中掺杂离子 的局域配位 结构仍然是 丁a四面体 理论值 总是 远 小 于实验观 察值． 由于这一 困难 ， 结构)．我们假设在 ZnS：Mn 与 ZnS：Fe蚪体 系 Low等人认为简单 的晶场理论也许不适用解释 d 中 S离子不是处于通 常 的氩原子态 S ，而是在形 组态离子 (Mn抖 ，Fe ) A 基态 的零场分裂．1987 成 四面体 ZnS时采取 了