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YAG晶体中掺Ce3+离子的4f与5d态电子与原子核自旋

发布:opticseditor    |    2019-04-26 15:36    阅读:869
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近几年来,人们对YAG晶体中Ce3+离子的电子自旋研究产生了很大的兴趣。光学泵浦可以初始化Ce3+离子4f态与5d态的电子自旋。时间分辨的法拉第旋转光谱表明5d态的电子g因子是近各向同性的。很多研究表明电子自旋与27Al核自旋之间的超精细相互作用是4f态与5d态电子自旋弛豫的主要机制。然而,对于4f与5d不同壳层的电子而言,电子自旋与核自旋之间的超精细相互作用的性质是否相同还不明确,在超精细耦合强度以及局域超精细场分布宽度等问题上有必要进行深入地比对研究。

最近实验室的固态体系自旋调控研究小组首次利用基于圆偏振调制的连续激光激发的时间分辨发光技术研究低温(T = 5 K)下Ce3+:YAG晶体的电子自旋动力学。结合理论推导的瞬态发光信号与材料基态/激发态电子自旋信息之间的关系,实验上可以同时获得Ce3+离子4f态与5d态的电子自旋信号,而且电子自旋极化度、自旋寿命等信息。利用该技术,研究了Ce3+离子4f态与5d态的电子自旋极化度随纵向磁场依赖关系以及自旋稳态的形成时间随激发功率的依赖关系。研究结果表明一个较弱的纵向磁场可以有效地抑制由超精细相互作用引起的电子自旋弛豫。4f态电子的抑制磁场比5d态电子的抑制磁场要小4倍左右。抑制了超精细相互作用引起的自旋弛豫以后,4f态的电子自旋极化度从0.001增加到0.016,而5d态的电子自旋极化度从0.08增加到0.32。5d态的电子超精细核磁场分布宽度大约为4.0 mT,表现为近各向同性。而4f态电子超精细核磁场分布宽度为:[001] = 0.8 mT, [110] = 1.1 mT, [] = 2.4 mT,呈现各向异性。4f态电子的超精细耦合强度要比5d态电子的超精细耦合强度弱4倍左右。通过测量自旋动力学的功率依赖,获知T = 5 K时4f态的电子自旋晶格弛豫时间为2.1 ms。相关研究成果发表在Phys. Rev. B 99, 024308 (2019)。

来源:华东师范大学

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