Введение 3
Глава 1. Спектр иона железа в Li3N:Fe1+ 5
1.1 Обзор литературы 5
1.2 Структура кристаллической решетки, электронная конфигурация Fe1+ и
волновые функции свободного иона 8
1.3 Гамильтониан электрон-электронного взаимодействия 10
Глава 2. Параметры кристаллического поля 15
2.1 Расчет параметров кристаллического поля в приближении точечных
зарядов 15
2.2 Биполярное разложение кулоновского потенциала 17
2.3 Явный вид функции КМ, r2;R) 20
2.4 Радиальные волновые функции R3d и R2p 23
2.5 Расчет параметров кристаллического поля в модели обменных зарядов 26
Глава 3. Расчет спектра иона железа в Li3N:Fe1+ во внешнем магнитном поле 32
3.1 Энергия Зеемана 32
3.2 Расчет спектра с учетом магнитного поля. Магнитный момент 33
Глава 4. Расчет спектра иона железа в Li3N:Fe 36
Заключение 39
Список литературы
Ключевыми свойствами функциональных магнитных материалов являются большая магнитная анизотропия и коэрцитивная сила. Этими свойствами обладают соединения редкоземельных элементов. Поэтому для изготовления мощных постоянных магнитов используют соединения редкоземельных металлов. Например, SmCo5 или Nd2Fe14B. Однако создание данных соединений связано с большими финансовыми затратами, поэтому вопрос о нахождении альтернативы материалов стоит довольно остро.
Среди имеющихся в литературе работ, связанных с Li3N:Fe, не было таких, в которых рассматривалась бы данная система с микроскопической точки зрения, в частности, с использованием теории кристаллического поля. Поэтому была поставлена следующая цель настоящей работы: теоретическое исследование спектральных и магнитных характеристик Li3N:Fe. Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1) Получить спектры ионов Fe1+ и Fe2+ в гексагональном кристаллическом поле,
2) Рассчитаны параметры КП в модели точечных зарядов,
3) Учесть вклады в параметры КП, связанные с эффектами перекрывания,
4) Рассчитать спектры ионов железа в магнитном поле, получить зависимость намагниченности от магнитного поля.
Следует также отметить некоторые особенности изучаемого нами соединения. Во-первых, кристаллические поля, формируемые ионами N " в качестве лигандов переходного иона в неорганических соединениях ранее не изучались. В предыдущих работах, связанных с Li3N:Fe [3], были проведены квантово-химические расчеты, в данной работе мы рассмотрели соединение Li3N:Fe, используя теорию кристаллического поля, что позволило непосредственно выполнить анализ влияния лигандов N ". Также в данной системе присутствуют линейные цепочки N - Fe - N вдоль кристаллографической оси c (рис. 4), которые определяют магнитные свойства рассматриваемых кристаллов при больших концентрациях ионов железа, в то время как взаимодействия между цепочками существенно слабее, в результате цепочку N - Fe - N можно рассматривать как одномерную.
В данной работе использовано приближение кристаллического поля (КП). При использовании этого метода основной проблемой является определение параметров КП, которые следует вводить с учетом экспериментальных данных. Экспериментальных данных по спектру возбуждений кристаллов Li3N:Fe нет, но известны вышеперечисленные характеристики: магнитный момент и высота энергетического барьера, которые позволяют подобрать параметры КП. Мы также обсуждаем физические обоснования при оценках величин этих параметров.
В данной работе были исследованы свойства ионов Fe1+ и Fe2+ в кристалле Li3N. Были получены следующие результаты:
1) Рассчитаны спектры ионов Fe1+ и Fe2+ в гексагональном кристаллическом поле.
2) Рассчитаны параметры КП в модели точечных зарядов.
3) Рассчитан вклад в параметры КП от двух ближайших ионов азота в модели обменных зарядов. Также учтено перекрывание электронных оболочек ионов азота и железа, приводящее к уменьшению энергии электростатического взаимодействия.
4) Рассчитаны спектры ионов железа в магнитном поле, магнитно-полевые зависимости намагниченности.
В результате работы было показано, что расчет спектральных и магнитных свойств кристалла Li3N:Fe в рамках теории кристаллического поля дает возможность интерпретировать и воспроизвести данные измерений. Результаты работы также открывают возможность найти физически обоснованные параметры электрон-фононного взаимодействия и развить в дальнейшем теорию спиновой динамики, в частности, туннелирования намагниченности, в исследованных соединениях.
