Введение 2
Г лава 1. Макет предполагаемой установки 4
Глава 2. Литературный обзор и характеристики кристалла 5
Глава 3. Экспериментальная установка 12
Датчик ЯМР 13
Принцип действия импульсного спектрометра 16
Глава 4. Сигналы ССИ 18
Глава 5. Метод моментов 25
Глава 6. Измерение спин-решеточной релаксации 29
Список литературы: 38
Первые исследования относительной концентрации парамагнитных примесей в диэлектрических кристаллах методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) проводились в лаборатории МРС КГУ более тридцати лет тому назад (Тагиров М.С., Егоров А.В, не опубликовано). Измерялись времена релаксации ядер 19F в кристалле LiYF4, выращенного методом вытягивания из расплава. Было обнаружено, что примесные парамагнитные ионы (обычно 3+Бг, 3+Dy, 3+Ho) концентрируются в той части кристалла, которая кристаллизуется последней. Концентрация этих примесей в исходной шихте (окислы редкоземельных элементов) обычно составляла около 10-4%. Достоинством такого подхода является то, что это не разрушающий метод контроля, недостатком - учитывается только интегральное содержание примесей. Основой такого метода является тот факт, что в диэлектрических кристаллах механизмов собственной магнитной релаксации ядер со спином % не существует. Механизм релаксации, предложенный Валлером [1] для парамагнитных кристаллов, состоящий в модуляции диполь-дипольного взаимодействия колебаниями решетки, в случае ядерных парамагнетиков чрезвычайно неэффективен. Чарльз Сликтер сделал оценку для валлеровской релаксации 19F в CaF2 при температуре 1К [2]. Время релаксации составило 1057с.
Лазерный кристалл LiCa(Al0.985Cr0015)F6 обладает совсем другими характеристиками. Содержание парамагнитных ионов хрома чрезвычайно высоко, поэтому влиянием других центров можно пренебречь. Кристалл Сг3+: LiCaAlF6 используется в мониторинге загрязнений окружающей среды, в тепловизорах и для решения различных задач в спектроскопии. Концентрация примеси является важной характеристикой лазерного кристалла. Как измерить концентрацию примеси? Существуют теоретические и экспериментальные представления о том что скорость релаксации линейно зависит от концентрации примеси [3]. Таким образом, измерив время Т для серии эталонных образцов с известной концентрацией парамагнитного допанта, мы можем получить прямую. И использовать ее в последующем для анализа образцов с неизвестным содержанием примеси.
В стехиометрический состав кристалла входят атомы с ядерным спином 1/2, 3/2 и 5/2. Последние обладают электрическими квадрупольными
моментами, однако при такой концентрации примеси и их релаксация будет полностью определяться ионами Cr. В случае, если частота ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) этих моментов составляет единицы или десятки мегагерц, то можно оценивать концентрацию этих центров в отсутствии постоянного магнитного поля. В противном случае, следует воспользоваться ЯМР 19F. Имея в виду прикладной характер настоящей задачи, следует оценить возможность применения данного метода для неразрушающего контроля распределения ионов Cr в кристалле LiCAF методом ЯМР при комнатной температуре в поле постоянного магнита.
Целью работы является:
Оценка возможности использования метода ЯМР для определения
3+
локальной концентрации ионов Cr в лазерном кристалле LiCaAlF6 .
1. Изучение спектральных характеристик сигналов ЯМР в слабых магнитных полях, оценка квадрупольного взаимодействия для ядер со спином больше 1/2.
2. Изучение релаксационных характеристик ядер 19F.
3. Определение точности оценки концентрации парамагнитных центров и разрешающей способности предложенного метода.
1 ф 27
1) Квадрупольные расщепления линий ЯМР Li и Al в кристалле LiCaAlF6 отсутствуют или не превышают величины дипольдипольного уширения.
2) Уширение линий ЯМР 19F полностью обусловлено дипольдипольным взаимодействием. Продольная магнитная релаксация ядер фтора происходит чрезвычайно быстро (Т -10 3 с) и сильно зависит от частоты и ориентации кристалла в магнитном поле.
3) Относительная погрешность измерения скорости релаксации ядер
F на частоте 12 МГц в кристалле объемом 10,125 мм может достигать 5%.
4) Для определения точной зависимости скорости ядерной релаксации от концентрации требуются дополнительные исследования.
