ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящем сборнике содержатся материалы III Симпозиума по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов, состоявшегося 4—8 мая 1970 г. в г. Ленинграде.1 Симпозиум был организован Комиссией по спектроскопии при Отделении общей физики и астрономии АН СССР, Ленинградским физико-техническим институтом имени А. Ф. Иоффе и Государственным оптическим институтом имени С. И. Вавилова. В работе Симпозиума приняло участие свыше 250 человек, представлявших около 50 научно-исследовательских и учебных организаций. На Симпозиуме было прочитано более 100 докладов, в том числе 9 докладов, имевших обзорный характер и посвященных как основной теме Симпозиума, так и смежным областям.
Доклады по спектроскопии активированных кристаллов свидетельствовали о том, что за период между II и III симпозиумами исследования, как и прежде, развивались как в направлении теоретического и экспериментального изучения энергетических состояний активаторных центров, так и в направлении изучения процессов, развивающихся при взаимодействии активированных систем с излучением. К сожалению, очень важным проблемам кристаллохимического направления, возникавшим во многих собственно спектроскопических работах, был посвящен, в сущности, лишь один обзорный доклад.
В области теоретической спектроскопии работы'велись главным образом в направлении расчета энергетических состояний конкретных систем. Здесь следует отметить успехи, достигнутые в расчете уровней смешанных конфигураций редкоземельных ионов и энергетических состояний обменно-связанных пар. В то же время в ряде работ решались общие вопросы о форме полос примесного поглощения и о передаче энергии в системах взаимодействующих центров. Ряд теоретических исследований был посвящен выяснению возможности применения в спектроскопии примесных кристаллов методов световой индукции и эха, магнито-упругих резонан-сов и т. п.
Экспериментальные работы характеризовались значительным расширением круга исследуемых объектов. Наряду с традиционными (флюорит, рубин) изучались и многочисленные новые системы (окислы, фосфаты, ниобаты, вольфраматы, двойные фториды и т. п.). Наибольшее число работ, как и прежде, было связано с исследованием редкоземельных ионов, что объясняется как большим разнообразием оптических явлений, наблюдаемых в системах с этими активаторами, так и широким использованием этих систем в квантовой оптике, в особенности в лазерах. Спектроскопическим аспектам генерации излучения в лазерных мате-
1 Материалы I и II симпозиумов опубликованы в сборниках «Спектроскопия кристаллов» (изд. «Наука», М., 1966 и 1970).
риалах, в частности в активированных стеклах, на Симпозиуме было уделено особое внимание.
| В развитии спектроскопии активированных кристаллов намечается отчетливая тенденция перехода от рассмотрения отдельных активаторных центров к изучению ансамблей центров, связанных взаимодействием. Простейшее следствие этого взаимодействия — миграция энергии возбуждения — рассматривалось на Симпозиуме в ограниченном объеме, так как проблемам миграции энергии в активированных кристаллах уделялось особое внимание на двух более узких совещаниях, состоявшихся в 1969 г. (в Мозжинке и в Лори). В то же время ряд докладов на Симпозиуме был связан с менее изученными проявлениями взаимодействия между акти-ваторными центрами, такими как суммирование энергии возбуждения, комбинационная люминесценция, интерференция состояний активаторных центров и т. п.
Как и ранее, для изучения активаторных центров использовались методы, связанные с наблюдением спектров кристаллов во внешних полях (магнитных, электрических, деформационных), однако исследованиям, выполненным с помощью этих весьма информативных методов, было посвящено сравнительно мало докладов. Меньшее (по сравнению с предыдущим Симпозиумом) внимание было уделено и спектроскопии столь интересных объектов, как магнито-концентрированные системы.
| В настоящем сборнике публикуется большая часть обзорных и оригинальных докладов, прочитанных на Симпозиуме. Материалы представлены в четырех разделах. В первом разделе публикуются обзорные доклады. Второй раздел посвящен теоретическим работам в области спектроскопии примесных центров в кристаллах. В третьем разделе помещены экспериментальные работы по спектроскопии кристаллов с редкоземельными ионами. Здесь же публикуются работы, связанные со спектроскопическим'Исследованием процессов, протекающих в активированных кристаллах и стеклах при генерации вынужденного излучения. Четвертый раздел содержит экспериментальные работы по изучению спектров кристаллов, активированных элементами группы железа. В конце сборника приведен список работ, докладывавшихся на Симпозиуме, но по тем или иным причинам не публикуемым в настоящем сборнике. В тех случаях, когда удалось установить место публикации, приводятся соответствующие ссылки.
j Настоящий сборник не охватывает, разумеется, всех работ по спектроскопии активированных кристаллов, проводившихся за последние годы в нашей стране, однако он дает достаточно ясное представление об основных проблемах и направлениях исследования в этой важной области физики твердого тела.
П. Феофилов
СОДЕРЖАНИЕ Стр.
Предисловие ........................... 5
Часть первая ОБЗОРНЫЕ СТАТЬИ
Г. Б. И о к и и, В.Б.Кравченко. Кристаллохимические проблемы активации ............................... 7
И. Б. Б е р с у к е р. Расчеты электронного строения и спектров комплексов
ттопйтготтных металлов и примесных центров в кристаллах....... 15
-">«лпг»т1т»о п.тятичеСКЕ
переходных металлов и примесных цешуип и ^г.----
Б. 3. М а л к и н. Спектроскопическое исследование статических и динамических характеристик кристаллических решеток активированных кристаллов .............................. 30
К. К. Р е б а н е. Люминесценция, горячая люминесценция и рассеяние как
компоненты вторичного свечения.................. 42
Ю. Е. П е р л и н. Некоторые вопросы теории безызлучательных переходов
в активированных кристаллах................... 58
А. А. Каминский. Исследование спектроскопических характеристик активированных кристаллов в экспериментах по стимулированному излучению. ............................. 70
Частьвторая <
ТЕОРИЯ СПЕКТРОВ ПРИМЕСНЫХ ИОНОВ А. И. Ш е р с т ю к, Н. В. Старостин. Аналитические методы расчета
сложных ионов в кристаллах.................... 94
Ю. Нарушис, И. Батарунас. Возбужденные конфигурации примесных редкоземельных ионов...................... 98
М. В. Е р е м и н, А. М. Л е у ш и н. Теория спектра 4/14—4/135й-иона УЬ2+
в кубических кристаллах............,.......... 100
Д. С. Ф а р б е р о в, А. Н. М е н ь. Сравнение методов молекулярных орбит и Гяйтлепа—Лондона при расчетах энергетического спектра электронных
.......... 105
Гайтлера—Лондона при
с Ф. Г.
систем .....................
з, Б. П. М а р т и н е н а с, Р. С. Д а г и с. О расчетах
----.„„„„т, ЯГ1НГ|П в кристаллах...... 108
АНИСИМОВ, Ь. 11. ш а р л ш u „----,
некоторых параметров парамагнитных ионов в кристаллах......
A. Л. Н а т а д з е, Д. Е. О н о п к о. Параметры кристаллического поля для
кристалла CaFa—Tua+....................... 110
B. К. 3 а х а р о в, Н. В. С т а р о с т и н. Энергетическая структура конфи-
гурации 5Й1 цериевых примесных центров в кристаллах....... 113
Д. Т. Свиридов, Т. Ф. Веремейчик. Конфигурация еГ-электронов
в полях низкой симметрии .................... 115
В.Я.Митрофанов, А. Е. Н и к и ф о р о в, А. Н. М е н ь. Теория прямого обменного взаимодействия атомов с незаполненными оболочками 117
А. С. Москвин, В.В.Дружинин. Обменный механизм переноса возбуждения между ионами...................... 120
В.В.Дружинин, А. С. Москвин, Г. А. Карамышева. Инфракрасное поглощение антиферромагнитносвязанной парой ионов в кристалле ......._^.................. ... 122
™ -- - - ттгмп.агштгар. метода парамет
сталле .....................
В. И. Ч е р е п а н о в, А. А. Щ е т к о в. Применение метода параметризации
к расчету относительных интенсивностей полос поглощения рубина 125
Б. С. Ц у к е р б л а т, С. X. Б р у н ш т е и н. Оптический спектр возбужденного рубина............................ 128
Ю. Б. Р о а е н ф е л ь д, Б. Г. В е х т е р, Б. С. Ц"у к е р б л а т. Форма полос примесного поглощения и люминесценции в системах с двукратно вырожденный электронным Е-уровнем ................. 131
329
Г. С. 3 а в т, Н. Н. К р и с т о ф е л ь. Об особенностях формы оптических
полос для переходов с локальных уровней в зону.......... 135
Е.Д.Трифонов, В. Л. Ш е х т м а н. К теории передачи энергии в активированных кристаллах........................ 139
В. Р. Н а г и б а р о в, И. А. Нагибарова, В. В. С а м а р ц е в. Кросс-релаксационные резонансы на примесных центрах в твердых телах. Определение спектроскопических характеристик примесных центров методом световых индукций и эха...................... 1431
A. Г. Шагидуллин. О влиянии случайных переориентации примесных
частиц в кристаллах на интенсивность светового эха.......... 147
И. А. Н а г и б а р о в а, А. М. Ш е г е д а. Диссипация энергии возбужденных
состояний примесей фононным и фотонным резервуарами....... 149
B. В. С а м а р ц е в, О. Н. Г а д о м с к и и. Тонкая структура фононной
лавины .............................. 152
Р. В. Сабурова, У. X. Копвиллем. Магнитное и акустическое возбуждение тонких и ядерных сверхтонких подуровней редкоземельных ионов в ферритах-гранатах..................... 154
A. В. М и т и н. Влияние электронной спиновой релаксации на мессбауэров-
ский спектр дисперсии....................... 156-
Часть третья
СПЕКТРЫ КРИСТАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Р. К. Л у к с, А. Л. С т о л о в. Спектр рентгенолюминесценции и термовысвечивания редкоземельных ионов в кристаллах типа флюорита и анализ многоцентровых систем....................... 159'
B. С. 3 а п а с с к и и. Магнито-оптическая активность Dy2+ в CaF2...... 162
А. М. Т к а ч у к, А. Л. Натадзе, [ М. А. М о р д с о н |, 3. Н. Зонн.
Структура центров свечения в кристаллах GdAlO3—Nd3+....... 165»
А. М. А мир ян, Я. М. Бабич, Т. В. Б а б к и н а, Л. Н. 3 о р и н а, Э.Н.Муравьев, С. И. Н а р ы ш к и н а, Н. П. С о щ и н. К сравнению спектров Еи3+ в оксидах и оксисульфидах редкоземельных элементов.............................. 168
|в. Л. Л ев ш и н |, И. К. Л ю б а в с к а я, Н. Д. М а к с имо в а. Флуорес-
ценция Dy3+ в Y203........................ 173.
Р. Ю. А б д у л с а б и р о в,' А. А. Антипин, И. Н. К у р к и н, Е. А. Ц в е т к о в, Ю. К. Ч и р к и н, В. И. Ш л е н к и н. Компен-" сация избыточного заряда при активации шеелитов редкоземельными ионами .............................. 177
Ю. И. К р а с и л о в, В. П. О р л о в с к и и, В. П. Р е п к о, Г. М. С а ф р о-н о в, И. В. Т а н а н а е в, Г. В. Э л л е р т. Особенности спектров и кинетики люминесценции ортофосфатов редкоземельных элементов . . . 180*
А. Л. Ш а л я п и н, Б. В. III у л ь г и н, Ф. Ф. Г а в р и л о в, Ю. А. Ф е-доровских, В. Г. Чухланцев. Особенности люминесценции редкоземельных ионов в цирконосиликатных фосфорах........ 184
Е. Г. В а л я ш к о, А. М. К у к и н а, Л. Н. Р а ш к о в и ч. Спектры поглощения и люминесценции Nd3+ в монокристаллах Ba2NaNb60I6..... 187
П. И. Быковский. Люминесценция редкоземельных ионов в сульфатах 190
Г. Д. Потапенко, В. Ф. П и с а р е н к о. Люминесценция ионов лантани-
дов в монокристаллах NaF .................... 193
|В. Л. Л е в шин [, М. В. С е н а ше н ко. Спектры излучения Ег3+ в смешанных люминофорах ZnS—CdS.................... 195
А. И. Л а п ш и н. О спектролюминесцентных свойствах ионов Еи2+ с различным координационным окружением в ионных кристаллах....... 199
C. Н. Б о д р у г, Е. Г. В а л я ш к о, В. Н. М е д н и к о в а, Д.Т.Сви-
ридов, Р. К. Свиридова. Спектры кристаллов KMgF3 и NaMgF3, содержащих ионы Еи2+...................... . 201
Е. И. Шуралева, И. А. Парфианович, П. С. Ивахненко. Спектры рекомбинационной люминесценции щелочно-галоидных кристаллов, активированных Еи2+................... 206
И. Я. Г и л ь м а н, Л. В. К и р п л ю к, Н. Е. С к и б а, Л. А. С о р и н, М. М. Ч у м а ч к о в а. Сенсибилизация излучения Но3+ иолами Еи2+ в кристаллах CaF2......................... 209
А. В. А к у л инин а, В. Ф. П и с а р е н к о. Сенсибилизация люминесценции Но3+ в кристаллах NaBr—Но3+, Ей2*.............. 211
330
A. М. Т к а ч у к. Взаимодействие ионов хрома с редкоземельными ионами
в алюминатах лантаноидов..................... 21&
Б. В. Ш у л ь г и н, А. А. Ф от и е в, М. Я. X о д о с, Н. И. К о р д ю к о в, А. Л. Шаляпин. Механизм возбуждения люминесценции и перенос
энергии в ванадатах.....•................... 216.
Л. Ф. Г у дыме н ко, М, П. Лисица, Н. И. Витриховский. Механизм возбуждения фотолюминесценции в монокристаллах A1! BVI,
активированных эрбием..................... 220
Т.В.Бабкина, Л. С. Г а и г е р о в а, М. И. Г а и д у к, В. Ф. 3 о л и н, М.А.Самохина, В.И.Царю к. К анализу электронных спектров поликристаллических соединений европия.............. 223-
B. Ф. 3 о л и н, М. А. С а м о х и н а, В. И. Ц а р ю к. Электронно-колеба-
тельные спектры хелатов европия. Сдвиги частот электронно-колебательных переходов по ряду изоморфных кристаллов соединений лантанидов. 226-
Н. А. Казанская. Вероятности излучательных и безызлучательных переходов для Sm3+, Eu3+, ТЬ3+ и Dy3+ в метаноле............. 229>
А. А. К а л е н о в, В. П. К о л о б к о в, И. В. К о в а л е в а, Г. П. С т а р о-с т и н а, В.И.Быков. Люминесценция некоторых трех- и двухвалентных редких земель в кварцевом стекле............. 231
Л. А. Го л у бцов, | В. Ф. Е г о р о в а |, В. С. 3 у б к о в а, С. Г. Л у н т е р, А. А. М а к, В. Д. X а л и л е в. Спектроскопическое исследование фтор-фосфатных и фторбериллатных стекол, активированных ионами трехвалентного неодима ......................... 234
Е. М. М и л ю к о в, А. Л. Р е и ш а х р и т, М.Н.Толстой. Особенности люминесценции неодима в щелочногерманатных стеклах, подверженных микрорасслаиванию ........................ 240-
Б. Я. Забокрицкий, А. Д. Мануильский, С. Г. Одулов, М. С. С о с к и н. Изучение спектроскопических свойств Nd3+ в широком температурном интервале с помощью процессов вынужденного излучения. Одновременная генерация излучения ионов Nd3+ на двух переходах и ее связь с процессами релаксации и неоднородным уширением спектров 248
Н. С. Белокриницкий, Н.Г.Зубрилин, М. Т. Шпак. Спектры вынужденного излучения кристаллов и стекол, активированных Nd3+, в резонаторах с дисперсией .................... 256
Частьчетвертая
СПЕКТРЫ КРИСТАЛЛОВ,
СОДЕРЖАЩИХ ЭЛЕМЕНТЫ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА
А. Е. Носенко, М. В. Пашковский, Д-Л. Л. Ф у т о р с к и и, С. П. Ф у р т а к. Оптические свойства ZnW04 и SrMo04 с примесью никеля ............................... 275
Т. М. В а р и н а, О. Н. Б о к ш а. Спектры поглощения кристаллов MgWO4,
содержащих ионы группы железа ................. 279х
Р. В. Писарев, С. Д. Прохорова, Г. А. Карамышева. Температурная зависимость интенсивности обменно-дипольных переходов в NaNiFg, KNiF3 и RbNiF3..................... 282
Р. В. П и с а р е в; С. Д. П р о х о р о в а, Н.Н.Нестерова, Г. Т. А п д-р е е в а. Кристаллическое поле и оптическое поглощение в сегнето-электрических борацитах...................... 284
Т. С. С т е ц е н к о, И. В. С к о р о б о г а т о в а, А. И. 3 в я г и п. Эффект Зеемана в инфракрасном спектре поглощения сульфида цинка с примесью
ионов Со2+ и Fe2+......................... 287
3. Л. Морген штерн, В, Б. Н е у с т р у е в. Влияние '.электрического
поля на поглощение и люминесценцию рубина............ 291
Б. К. Севастьянов, В.П.Орехова. Спектр поглощения возбужденных кристаллов шпинели MgAl204—Cr34- .............. 297
Е. Г. В а л я ш к о, В. А. Т и м о ш е и к о в. Спектры поглощения кристаллов корунда с примесью ионов Cr, Mn, Mg и кристаллов LiNb03 при больших уровнях возбуждения................... 301
А. В. А м о с о в, Н. М. Б о к и н, И. М. В а с с е р м а п, ,В. К. 3 а х а р о в, Т. И. П р о х о р о в а, В. П. П р я п и ш н и к о в, Д. М. Юдин. Оптический спектр Сог+ в кварце и стеклообразном кремнеземе..... 305
Г. А. М о к е е в а, А. Г. X у д о л е е в, Н. М. Б о к и н, Г. О. К а р а п е-тян, В.П.Колобков. Люминесценция трехвалентного хрома в фосфатных и германатных стеклах.................. 308
Ю. Ф. М и т р о ф а н о в, Ю. Е. П о л ь с к и и, М. Л. Ф а л и н. Исследование сверхтонких и суперсверхтонких взаимодействий ионов переходной группы железа в кристаллах гомологического ряда флюорита..... 313
Библиография докладов, не опубликованных в настоящем сборнике..... 316.
Цена: 300руб.
