ODMR-Untersuchungen an Terbium-Gallium-Granat und Kaliumtantalat

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Titel: ODMR-Untersuchungen an Terbium-Gallium-Granat und Kaliumtantalat
Autor(en): Faust, Bernd
Erstgutachter: Prof. Dr. Ortwin Schirmer
Zweitgutachter: Prof. Dr. Klaus Betzler
Zusammenfassung: An zwei verschiedenen Kristall-Typen, an Tb3Ga3O12 (TGG) und an KTaO3, konnten die prinzipiellen Vorteile der ODMR-Technik (optisch detektierte magnetische Resonanz) gegenüber der konventionellen ESR (Elektronenspinresonanz) durch die erzielten interessanten Untersuchungsergebnisse belegt werden. Die ODMR-Technik ermöglichte Spinresonanz-Untersuchungen an TGG. Dieses Material ist durch sein paramagnetisches Grundgitter für konventionelle ESR nicht zugänglich. Das für den "bulk"-Paramagnetismus verantwortliche Tb3+ konnte in allen Kristallen nachgewiesen werden. Die Identifizierung erfolgte durch Untersuchungen der Proben über MCD (magnetic circular dichroism), ODMR via MCD, ODMR via den Faraday-Effekt und zusätzlichen theoretischen Betrachtungen mit Hilfe von Kristallfeld-Rechnungen. Bei dem zweiten in TGG identifizierten Zentrum handelt es sich um Ce3+, dessen ODMR interessanterweise vor dem starken paramagnetischen Hintergrund durch das Tb-Untergitter beobachtbar ist. Dieser Defekt ist nur in den Ca/Ce-dotierten Proben mit Ce-Überschuß nachweisbar - was vermuten läßt, daß Ce zur Ladungskompensation der Ca2+-Defekte auf Tb3+- und Ga3+-Plätzen nur vierwertig eingebaut wird. Ist die Ce-Dotierung dagegen höher als zur Ladungskompensation nötig, so wird es vorwiegend dreiwertig eingebaut. Es wurde durch Vergleich von MCD-, LD- und Spektren der optischen Absorption gezeigt, daß Ce3+ das photochrome Zentrum ist, welches für einen speziellen photorefraktiven Effekt in TGG verantwortlich ist. Der zweite Teil dieser Arbeit gilt der Untersuchung von Fe-dotiertem KTaO3 mit den Methoden der ODMR. Im Vergleich zum TGG konnte hier eine überraschend große Anzahl verschiedener Zentren identifiziert und über deren Spinresonanz und optische Eigenschaften charakterisiert werden. Für das aus ESR-Untersuchungen bereits bekannte axiale Fe3+-Oi -Zentrum wurde anhand dessen tagged MCD-Messungen gezeigt, daß die optischen Übergänge dieses unsere Kristalle dominierenden Defektes erstaunlich weit in den roten Spektralbereich hineinreichen. Der Nachweis der optischen Orientierbarkeit dieses molekülartigen Defekt-Komplexes stellt ein weiteres sehr interessantes Ergebnis dieser Arbeit dar. Das in den "as grown" Kristallen metastabil vorhandene (ebenfalls axiale) Fe4+-Oi konnte zum ersten Mal beobachtet werden. Durch Oxidationsbehandlungen (Absenken des Fermi-Niveaus) der Fe-dotierten KTaO3 -Proben läßt sich erreichen, daß Fe4+-Oi bei tiefen Temperaturen als stabiler Zustand vorhanden ist. In reduzierten Proben konnte ein weiteres in zwei Ladungsstufen auftretendes Zentrenpaar identifiziert werden. Das axiale Fe3+-Vo war durch ESR-Untersuchungen bereits bekannt und ist bei X-Band MW-Frequenzen allein über die ESR vom Fe3+-Oi nicht zu unterscheiden. Der MCD des Fe3+-Vo mit einer Bande bei 370 nm unterscheidet sich jedoch sehr deutlich von den bis ins Rote reichenden MCD-Banden des Fe3+-Oi. Je nach Reduktionsgrad der Probe ist der Defekt in der Ladungsstufe Fe2+-Vo zugleich präsent oder kann durch eine Umladungsbeleuchtung erzeugt werden. Dieses neu entdeckte Zentrum besitzt eine dem Fe4+-Oi ähnliche ODMR-Winkelabhängigkeit. Zusätzlich zu den vielen axialen Fe-Zentren zeigte sich auch ein Fe3+-Zentrum in lokaler rhombischer Symmetrie. Die Betrachtung der für diesen Defekt signifikanten Spin-Hamilton-Parameter von Helium bis Raumtemperatur ermöglichte es, die zwei in der Literatur diskutierten Fe3+rh-Zentren auf ein einziges Zentrum zurückzuführen. Das nur metastabil und mit axialer Symmetrie auftretende O--Zentrum wurde auch in nicht Fe-dotierten KTaO3-Kristallen entdeckt. Neben der Untersuchung der erwähnten Defekte wurde eine erhöhte Aufmerksamkeit den in der Polarisationsspektroskopie (prinzipbedingt) häufig auftretenden Artefakten gewidmet.
URL: https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-2000090866
Erscheinungsdatum: 8-Sep-2000
Enthalten in den Sammlungen:FB04 - E-Dissertationen

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