СОДЕРЖАНИЕ 1
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ЭПР ИОНОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ 5
1.1 Электронный парамагнитный резонанс 5
1.2 Зеемановское расщепление 5
1.3 Тонкая структура спектров ЭПР 6
1.4 Сверхтонкая структура спектров ЭПР 7
1.5 Форма спектральных линий 7
1.6 ЭПР ионов редкоземельных металлов на примере кристаллов шеелита 10
1.7 Структура и свойства каликсаренов 11
1.8 ЭПР в каликсаренах 13
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 14
2.1 Исследуемые образцы 14
2.2 Спектрометр ЭПР Elexsys 680 фирмы Bruker 14
2.3 Метод двойной модуляции магнитного поля 16
2.4 Использованное программное обеспечение 17
ГЛАВА 3 ЭПР КАЛИКСАРЕНОВ, ДОПИРОВАННЫХ ИОНАМИ La3+, Lu3+, Tb3+, Gd3+, Er3+, Yb3+, Dy3+ 18
3.1 Систематизация образцов каликсаренов, допированных ионами редкоземельных
ионами, и определение основных физических свойств 18
3.2 Спектры ЭПР ионов Lu3+, La3+, Tb3+, Gd3+, Yb3+, Er3+, Dy3+ в каликсаренах 19
3.3 Аппроксимация спектров эпр ионов Tb3+, Gd3+, Yb3+, Er3+, Dy3+ в каликсаренах .. 22
3.4 Спектры ЭПР ионов редкоземельных металлов в единичном микрокристалле
каликаренов 25
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 27
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 28
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Активное развитие технологий требует не менее активного развития материально-технической базы. Одним из наиболее перспективных направлений является создание квантовых систем, состоящих из большого числа частиц, позволяющих воздействовать на каждую отдельно взятую частицу так, что состояние квантовой системы в целом не разрушается. В качестве подобных систем предлагается использовать металл-органические сетки. Каликсарены, допированные ионами редкоземельных металлов, в свою очередь, являются перспективной молекулярной площадкой для реализации металл-органических сеток и, соответственно, обладают большим потенциалом для использования в качестве функциональных материалов [1, 2]. Свойства металл-органических сеток определяются структурой и свойствами лигандов и катионов металла, входящих в их состав. Установление закономерностей их формирования, реакций на определенное воздействие, а также установление температур, оптимальных для работы, является ключевым моментом, который позволит создавать кристаллические материалы с заданными магнитными, люминесцентными и другими свойствами. Свойства же будут определяться целенаправленным подбором соответствующих катионов металла и молекул органических лигандов [3, 4, 5]. В частности, ион гадолиния имеет сигнал ЭПР уже при комнатной температуре, что в перспективе позволяет создать материалы для квантовой электроники, работающие при нормальных температурах. Таким образом, изучение каликсаренов является актуальной задачей и может иметь практическое применение при построении квантовых компьютеров.
Цель работы - изучение каликсаренов, допированных ионами редкоземельных металлов, методом высокочастотного ЭПР.
Основные задачи проекта:
• систематизация и обобщение экспериментальных данных;
систематизация образцов каликсаренов, допированных ионами редкоземельных металлов;
• измерение и анализ спектров редкоземельных ионов в каликсаренах;
• аппроксимация и вычисление параметров спектров ЭПР редкоземельных ионов.
Поставленные в работе задачи полностью выполнены.
1 Впервые измерены спектры ЭПР каликсаренов допированных ионами Lu3+, La3+, Tb3+, Gd3+, Yb3+, Er3+, Dy3+.
2 Определены g-факторы ионов редкоземельных металлов Gd3+, Yb3+, Er3+ в каликсаренах BuS4CH2COOH и Tb3+, Dy3+ в SgCH2COOH. Установлено, что полученные значения ближе к значениям g-факторов ионов редкоземельных металлов в CaWO4 , что указывает на воздействие электрического кристаллического поля окружающих атомов и свидетельствует о локализации ионов в кристаллической ячейке.
3 Проведена аппроксимация спектров ЭПР с помощью программного пакета easyspin. Результаты показывают, что симметрия кристаллического поля на редкоземельных ионах требует для описания gx gy gz. В образцах S8CH2COOH: Dy наблюдалось два типа парамагнитных центров, что может быть связано с отличной от BuS4CH2COOH конфигурацией каликсарена и требует дальнейшего изучения.
4 Изучены ориентационные зависимости спектров ЭПР от направления вектора магнитного поля относительно основных кристаллических осей для одного микрокристалла. Изменение положения линий спектра ЭПР подтверждает допирование микрокристалла каликсаренов ионами редкоземельного металла.
Полученные результаты показали эффективность метода ЭПР при изучении редкоземельных ионов в металл-органической сетки. В дальнейшем предполагается исследовать различие влияния конфигурации каликсаренов (BuS4CH2COOH и S8CH2COOH) на спектры ЭПР редкоземельных ионов. Для успешного изучения необходимы более крупные микрокристаллы каликсаренов.
