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YAG晶體中摻Ce3+離子的4f與5d態電子與原子核自旋

發布:opticseditor    |    2019-04-26 15:36    閱讀:1161
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近幾年來,人們對YAG晶體中Ce3+離子的電子自旋研究產生了很大的興趣。光學泵浦可以初始化Ce3+離子4f態與5d態的電子自旋。時間分辨的法拉第旋轉光譜表明5d態的電子g因子是近各向同性的。很多研究表明電子自旋與27Al核自旋之間的超精細相互作用是4f態與5d態電子自旋弛豫的主要機制。然而,對于4f與5d不同殼層的電子而言,電子自旋與核自旋之間的超精細相互作用的性質是否相同還不明確,在超精細耦合強度以及局域超精細場分布寬度等問題上有必要進行深入地比對研究。

最近實驗室的固態體系自旋調控研究小組首次利用基于圓偏振調制的連續激光激發的時間分辨發光技術研究低溫(T = 5 K)下Ce3+:YAG晶體的電子自旋動力學。結合理論推導的瞬態發光信號與材料基態/激發態電子自旋信息之間的關系,實驗上可以同時獲得Ce3+離子4f態與5d態的電子自旋信號,而且電子自旋極化度、自旋壽命等信息。利用該技術,研究了Ce3+離子4f態與5d態的電子自旋極化度隨縱向磁場依賴關系以及自旋穩態的形成時間隨激發功率的依賴關系。研究結果表明一個較弱的縱向磁場可以有效地抑制由超精細相互作用引起的電子自旋弛豫。4f態電子的抑制磁場比5d態電子的抑制磁場要小4倍左右。抑制了超精細相互作用引起的自旋弛豫以后,4f態的電子自旋極化度從0.001增加到0.016,而5d態的電子自旋極化度從0.08增加到0.32。5d態的電子超精細核磁場分布寬度大約為4.0 mT,表現為近各向同性。而4f態電子超精細核磁場分布寬度為:[001] = 0.8 mT, [110] = 1.1 mT, [] = 2.4 mT,呈現各向異性。4f態電子的超精細耦合強度要比5d態電子的超精細耦合強度弱4倍左右。通過測量自旋動力學的功率依賴,獲知T = 5 K時4f態的電子自旋晶格弛豫時間為2.1 ms。相關研究成果發表在Phys. Rev. B 99, 024308 (2019)。

來源:華東師范大學

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