Теория твердого тела - Давыдов А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ориентаций магнитного поля рассмотрены в работе Петрова и Харкянена
[420].
Магнитное давыдовское расщепление в кристаллах RbMnF3 при температуре 4 и
20 °К впервые наблюдалось Еременко с сотрудниками [432, 433].
Исследовалось расщепление линии 25 144 см.-1 в магнитном поле,
направленном вдоль оси [111], с напряженностью, изменяющейся в интервале
0 - 300 кэ. Было показано, что магнитное давыдовское расщепление
полностью индуцируется внешним магнитным полем. Без внешнего магнитного
поля 02 -
- ¦O'i = я, поэтому %12 (k, /) = 0. В исследованном в работах [432,
433] интервале полей расщепление увеличивается пропорционально квадрату
напряженности поля, так что
А (см-1) 12,7 ¦ 10~10 Н2 (э).
550
ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ В КРИСТАЛЛАХ
[ГЛ. XIII
62.2. Экситонное электродипольное поглощение света в
антиферродиэлектриках. Электродипольное поглощение света наблюдалось в
работах Беляевой, Еременко и их сотрудников [434 - 436] в кристаллах
CsMnF3. Эти кристаллы представляют собой шести-подрешеточные коллинеарные
антиферродиэлектрики. Их пространственная группа симметрии D\h.
Элементарная ячейка содержит два несмещенных из центра симметрии иона Мп1
с местной группой симметрии D3d, принадлежащих подрешеткам 1 и 2, и
четыре смещенные из центра симметрии иона Мп 2 с местной группой
симметрии C3v, принадлежащих подрешеткам 3, 4, 5, 6. Обменное поле НЕ^
3,4 • 105 э, поле одноосной анизотропии
- 2,5-103з.
Все подуровни 3?/-оболочки ионов Мп2+, между которыми происходят
квантовые переходы в интересующей нас области спектра, имеют
положительную четность. Если ионы занимают места, обладающие центром
симметрии, то электрические диполь-ные переходы запрещены по четности.
Если же магнитные ионы, принадлежащие одной или нескольким магнитным
подрешеткам, смещены из центров симметрии, то электрический диполь-ный
переход разрешается за счет искажения волновых функций ионов. Такое
искажение на языке теории возмущений рассматривается как появление в
функциях нулевого приближения примесей функций других состояний
противоположной четности. Подробное рассмотрение вопроса о снятии запрета
по четности в магнитном ионе проведено Петровым и Харкяненом [421].
Теоретическое исследование электродипольного возбуждения в кристалле
CsMnF3, соответствующем переходу (6S) -v iE (4G) в ионе Mn2+, находящемся
в поле кубической симметрии Voh, проведено в работе Петрова и Харкянена
[422].
Небольшая разница в энергии возбуждения парамагнитных ионов Мп 1 и Мп2
обусловлена разной симметрией местного поля. Основную роль в
электродипольном поглощении играют ионы Мп2, находящиеся в местном поле
без центра симметрии.
Резонансные взаимодействия между парамагнитными ионами обоих типов
приводят к коллективным возбуждениям. Эти коллективные возбуждения
образуют шесть экситонных зон. Четыре из них могут возбуждаться
электродипольным излучением.
В слабых внешних магнитных полях, когда еще не произошло изменения
ориентаций спинов, энергии электродипольных зон попарно равны (при kp^O)
Е, (0) = Е2 (0) = 1 + (3 + /(<1-<з)* + 8| JP12T}, (62.43)
Ез (0) - Ei (0) - {<i + <з -¦ 'У((j - <з)2 + 8 | X1212}. (62.44)
ЭКСИТОН-МАГНОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ
551
При отсутствии резонансного взаимодействия X1S энергии E1 = Ei - i х
соответствуют возбуждению иона Mnl; энергии Е3 = Еа = *3 соответствуют
возбуждению иона Мп2. В этом случае в электродипольном спектре
проявлялось бы только возбуждение Es = Ei. Из-за наличия резонансного
взаимодействия -%is - = 2 Маитз возбуждаются и уровни Ei = E2 с
интенсивностью,
Я1 - m3
пропорциональной 81 |2 (ех - е3)-2.
В сильных магнитных полях (однако при Я0^2Я?) спины подрешеток
симметрично располагаются по отношению к магнитному полю (Ф1 = '& и Ф2 =-
'O', cos Ф = Н0/2Не). В этом случае появляется резонансное взаимодействие
между ионами подрешеток и л34 и вырождение уровней (62.43) и (62.44)
снимается
1 (0)-(0) I = I л?хя (0)!
I Е3 (0) - ?4 (0)1 = 1^34 (0) 1 Щ/2Не.
Детали вычислений приведены в работе [422].
Электродиполыюе экситонное поглощение света наблюдается в кристалле
Сг.203. Именно в этом кристалле Ван-дер-Циль [429] наблюдал давыдовское
расщепление, обусловленное обменом возбуждения между трансляционно
неэквивалентными парамагнитными ионами Сг3+. Кристалл Сг203 имеет
структуру корунда с четырьмя ионами Сг3+, имеющими спин 3/2. Ниже 308 °К
спины имеют антиферромагнитную структуру с осью "коллинеарности" вдоль
оси третьего порядка (ось С3) кристалла. Оптическое
поглощение обусловлено переходом иона из основного состояния М2 в
состояние 2Е со спином 1/2. Во внешнем магнитном поле, направленном вдоль
оси С3, давыдовское расщепление линии
13 747 см1 в интервале полей 0 - 25-104 э определяется формулой
А = 1/14,1 +2,06Н2 (см-1),
если Н выражено в единицах 104 э.
\
§ 63. Экситон-магнонное поглощение в антиферроДиэлектриках
Кроме чисто электронных возбуждений парамагнитных ионов в
магнитоупорядоченных кристаллах возможна другая ветвь возбужденных
