蓝宝石(α-Al2O3：Fe^3+)体系基态分裂与局域晶格畸变的研究.pdfVIP

物 理学 报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014) 017102 蓝宝石(OL—A1203：Fe3+)体系基态分裂与 局域晶格畸变的研究冰 武志燕 邝小渝十 李辉 毛爱杰 王振华 (四川大学原子与分子物理研究所，成都 610065) (2013年9月23日收到；2013年10月11日收到修改稿) 2002年Scholz和Buzar6对蓝宝石 晶体中Fe 离子的基态分裂重新进行 了EPR实验测量和研究，他们 的初步分析表 明在蓝宝石晶体中Fe3．卜离子的 1基态分裂有可能同时与两个方向的畸变角 (A0和△ )有 关．本文采用对角化d 组态在 点群对称下的252×252完全能量矩阵的方法，对蓝宝石晶体中Fe3+离子的 光谱和EPR谱进行了系统的研究．计算结果表明蓝宝石体系中Fe3．卜离子的0A1基态分裂确实将明显依赖于 两个方向的畸变角△ 和△ ，这一理论结果与Scholz和Buzar6等的实验相符合．同时，通过拟合Fe3．卜离子 在蓝宝石体系中的实验光谱和EPR参量，确定了蓝宝石晶体中(FeO6) 团簇局域晶格畸变角△ 的范围． 关键词：—A12O3：Fe。+体系，。1基态分裂，局域晶格畸变，电子顺磁共振谱 PACS：71．70．Ch，72．80．Ga，75．10．Dg，76．30．Fc DOh10．7498／aps．63．017102 Fe—O键与 轴的夹角AOt以及上、下两个三棱锥 引 言 的相对旋转畸变角△ [18,19】．同时，他们认为蓝宝 石晶体中(FeO6) 团簇的真实结构具有 点群对 蓝宝石晶体的光学特性以及与之相关的发光 称性．为系统研究蓝宝石晶体中Fe3+离子的光谱 点的微观结构一直是人们普遍关注的问题 [I--4】． 和EPR谱，我们建立 了d 组态在任意低点群对称 实验和理论已证实蓝宝石晶体的光谱线起源于该 下的252×252完全能量矩阵．通过对角化完全能量 晶体 (—Al2O3：Fe3+)中Fe3+离子的d轨道 电子从 矩阵的计算，我们分析了蓝宝石晶体中(FeO6) 激发态到基态的跃迁 [~-17】．这种d—d跃迁光谱与 团簇的光谱和EPR谱，并研究了Fe0+离子的0 1 Fe0+离子以及其周围最近邻 的六个O一配体所形 基态分裂与局域晶格结构畸变角A0和△ 之间的 成的fFeO6)0一团簇密切相关．这个fFeO6)0一团簇 具有八面体结构，且沿 轴方向存在畸变．针对这 关系．我们的理论结果支持Scholz和Buzar6等的 观点 [18,19]，即在蓝宝石晶体中(FeO6)9_团簇沿 个体系的前期理论分析中通常采用了 近似，即 用两个A0 (i=1，2)角分别描述上三棱锥和下三 轴方向同时存在斜畸变角A0和旋转畸变角△ 两 棱锥在Fe0+取代Al3+位置后所导致的局域晶格 种变化，正是这两种畸变共同导致 了蓝宝石晶体中 结构的畸变 [9--17】．然而，2002年，Scholz和Buzar6 Fe0+离子的基态分裂．我们的工作不仅能解释蓝 等对蓝宝石晶体 中Fe3+离子基态进行EPR谱 的 宝石晶体中Fe0+离子的光谱与EPR谱，同时，我 重新测量得出了新的信息，他