Расчет по экспериментальным данным структурных характеристик, силовых констант и параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов - Дипломная работа

Важной задачей современной лазерной физики является поиск и детальное исследование новых перспективных материалов, обладающих совокупностью заданных оптических, спектрально-люминесцентных и физико-химических свойств, позволяющих, с одной стороны, значительно улучшить параметры существующих устройств, а с другой - создать элементы принципиально нового типа. Получение материалов с необходимыми свойствами требует изучения фазовых диаграмм, разработку способов синтеза и роста, исследования различных свойств, что приводит к значительным финансовым и временным затратам. Применение кристаллохимического подхода, основанного на установлении связи состав-структура-свойство, позволяет сократить путь от соединения к материалу, пригодному для изготовления оптических элементов приборов и устройств. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле в сочетании с методом пересекающихся сфер позволяют расширить область применения кристаллохимического подхода для выявления закономерностей состав-структура-свойство. Другой важной задачей квантовой электроники является поиск и детальное исследование новых перспективных материалов, обладающих совокупностью заданных оптических, спектрально-люминесцентных и физико-химических свойств, позволяющих, с одной стороны, значительно улучшить параметры существующих устройств, а с другой - создать элементы принципиально нового типа.Развитие современных методов кристаллохимического изучения свойств кристаллов, базирующихся на данных рентгеноструктурного анализа, еще в большей мере позволяет ускорить и сделать экономически выгодными исследования по обнаружению соединений, обладающих необходимыми физическими свойствами. Исследование структуры кристаллов позволяют выяснить способ взаимного пространственного размещения атомов в них, а также с высокой точностью установить значения расстояний между атомами. Значение КЧ указывает количество химических связей, образованных "центральным" атомом с ближайшими соседними атомами, а КП характеризует взаимную пространственную ориентацию этих связей. Каждому атому в структуре кристалла можно приписать некоторый постоянный радиус, зависящий от типа связей этого атома с другими атомами, окружающими его в структуре кристалла.Например, если атом А окружен в кристалле шестью атомами X, образующими координационный полиэдр в виде правильного октаэдра, то полиэдр Вороного-Дирихле этого атома имеет форму куба. Таким образом, общее число атомов, окружающих некоторый атом А в структуре кристалла, равно числу граней его полиэдра Вороного-Дирихле, так как каждая грань этого полиэдра соответствует одному соседнему атому. Систематический анализ характеристик атомных доменов с помощью полиэдров Вороного-Дирихле показал, что для атомов А, находящихся в определенном валентном состоянии и окруженных в структуре кристаллов атомами X одной и той же природы, объем полиэдров Вороного-Дирихле практически не зависит от их формы и числа образованных химических связей А-Х, то есть координационного числа атома А. Полиэдр Вороного-Дирихле любого атома в структуре некоторого кристалла можно охарактеризовать следующими важнейшими параметрами VПВД - объем полиэдра; RСД - радиус сферы, объем которой равен объему полиэдра Вороного-Дирихле; Nf - число граней полиэдра; DA - смещение ядра атома из геометрического центра тяжести его полиэдра Вороного-Дирихле; G3 - безразмерная величина второго момента полиэдра Вороного-Дирихле, характеризующая степень его сферичности. Использование же полиэдров Вороного-Дирихле позволяет охарактеризовать каждое межатомное взаимодействие А-Х тремя новыми параметрами: величиной площади общей грани (S) полиэдров Вороного-Дирихле соседних атомов А и X; значением телесного угла (?), под которым общая грань полиэдров Вороного-Дирихле атомов видна из точки, отвечающей положению ядра любого из них, а также объемом бипирамиды, в основании которой лежит общая грань полиэдров Вороного-Дирихле атомов А и X, а ядра атомов находятся в апикальных позициях этой бипирамиды.С квантовомеханической точки зрения, атомы не имеют строго определенных границ, так как функции, описывающие строение электронных оболочек и распределение электронной плотности ?(r) атомов в целом, не имеют верхнего предела. В качестве параметра, характеризующего размер уже не изолированного (как rs), а химически связанною атома А в структуре некоторого вещества, принят упоминавшийся выше радиус сферического домена (Rсд) этого атома. Значение Rсд является переменным параметром, зависящим от валентного состояния атома А и природы атомов, окружающих его (химически взаимодействующих с атомом А) в структуре кристалла. Во-вторых, объем полиэдров Вороного-Дирихле (а значит, и эквивалентная одномерная характеристика Rсд) атомов А, находящихся в определенном валентном состоянии в окружении атомов X данной химической природы, в пределах погрешности структурного эксперимента практически не зависит от КЧ атома А. Тогда с некоторого межъядерного расстояния наружная сфера одного атома будет перекрываться сразу с обеими

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение

1. Стереоатомный анализ структуры кристаллов

1.1 Основные характеристики полиэдров Вороного-Дирихле

1.2 Основные положения метода пересекающихся сфер

1.3 Стереоатомный анализ кристаллов со структурой шеелита

1.4 Однородное и неоднородное уширение линий

2. Теория Джадда-Офельта и структурные особенности кристаллов

2.1 Теория Джадда-Офельта

2.2 Связь параметров Джадда-Офельта с особенностями структуры кристаллов

3. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов

3.1 Исследование структуры шеелитов методом пересекающихся сфер

3.2 Расчет параметров Джадда-Офельта

Заключение

Список использованных источников

Важной задачей современной лазерной физики является поиск и детальное исследование новых перспективных материалов, обладающих совокупностью заданных оптических, спектрально-люминесцентных и физико-химических свойств, позволяющих, с одной стороны, значительно улучшить параметры существующих устройств, а с другой - создать элементы принципиально нового типа. Получение материалов с необходимыми свойствами требует изучения фазовых диаграмм, разработку способов синтеза и роста, исследования различных свойств, что приводит к значительным финансовым и временным затратам. Поэтому принципиальное значение приобретают работы, направленные на разработку методов прогнозирования материалов с необходимым набором свойств.

Применение кристаллохимического подхода, основанного на установлении связи состав-структура-свойство, позволяет сократить путь от соединения к материалу, пригодному для изготовления оптических элементов приборов и устройств. Анализ распределения электронной плотности вокруг атомов показывает, что области пространства, отвечающие в структуре кристаллов отдельным атомам, напоминают многогранники. Приближением, которое позволяет установить форму этих многогранников, является метод полиэдров Вороного-Дирихле. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле в сочетании с методом пересекающихся сфер позволяют расширить область применения кристаллохимического подхода для выявления закономерностей состав-структура-свойство.

Кристаллическая структура молибдатов и вольфраматов щелочноземельных металлов (шеелит) позволяет введение ионов-активаторов (редкоземельных элементов). Такие материалы выполняют одновременно функции лазерной среды (позволяют осуществить генерацию на лазерных ионах Nd3 ) и ВКР-среды (обеспечивают эффективное ВКР-преобразование лазерного излучения с частотным сдвигом порядка 900 см-1 на колебаниях (WO4)2- или (МОО4)2- комплекса).

Такие многофункциональные лазерно-рамановские среды позволяют генерировать мощное когерентное излучение на многих новых длинах волн и осуществлять дискретную перестройку частоты излучения.

Другой важной задачей квантовой электроники является поиск и детальное исследование новых перспективных материалов, обладающих совокупностью заданных оптических, спектрально-люминесцентных и физико-химических свойств, позволяющих, с одной стороны, значительно улучшить параметры существующих устройств, а с другой - создать элементы принципиально нового типа. Получение материалов с необходимыми свойствами требует изучения фазовых диаграмм, разработку способов синтеза и роста, исследования различных свойств, что приводит к значительным финансовым и временным затратам. Поэтому принципиальное значение приобретают работы, направленные на разработку методов прогнозирования материалов с необходимым набором свойств.

Применение кристаллохимического подхода, основанного на установлении связи состав-структура-свойство, позволяет сократить путь от соединения к материалу, пригодному для изготовления оптических элементов приборов и устройств. Анализ распределения электронной плотности вокруг атомов показывает, что области пространства, отвечающие в структуре кристаллов отдельным атомам, напоминают многогранники. Приближением, которое позволяет установить форму этих многогранников, является метод полиэдров Вороного-Дирихле. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле в сочетании с методом пересекающихся сфер позволяют расширить область применения кристаллохимического подхода для выявления закономерностей состав-структура-свойство.

Целью настоящей работы являлось исследование спектроскопических характеристик активированных кристаллов вольфрамата и молибдата стронция и исследование зависимости между структурными и спектроскопическими свойствами кристаллов со структурой шеелита.

Основные задачи работы: - проведение стереоатомного анализа вольфраматов и молибдатов щелочноземельных металлов;

- расчет спектроскопических характеристик активированных кристаллов на основе экспериментально полученных спектров и спектров, взятых из литературных источников;

- исследование взаимосвязи между спектроскопическими характеристиками активированных кристаллов со структурой шеелита и их структурными особенностями;