[論文レビュー] High-resolution spectroscopy of Pr3+ions in YAl3(BO3)4:Pr3+. Crystal-field, hyperfine,and electron-deformation interactions

B. Z. Malkin, T. A. Igolkina+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2026

Mineralogy and Gemology Studies被引用数 0

ひとこと要約

本論文はPr3+ドープYAl3(BO3)4の高分解能光学分光を報告し、交換電荷モデルを用いて結晶場・超精細パラメータを抽出し、ゼロ場の二重線分割を電子歪み効果とともにランダム格子歪みによって説明する。

ABSTRACT

Optical transmission spectra of YAl3(BO3)4 crystals doped with the Pr3+ ions in concentrations 1 and 2.5 at. % were studied by high-resolution (up to 0.05 cm-1) Fourier spectroscopy, including in magnetic field parallel to the trigonal c axis of the crystal. The g factors of several crystal-field doublets of Pr3+ were determined. The crystal-field calculations performed using the exchange-charge model and high-resolution spectroscopy data allowed us to obtain a physically reasonable set of crystal-field parameters. The observed splitting of a number of doublets in zero magnetic field is explained by the presence of random lattice deformations. Simulation of the profiles of observed deformational doublets was carried out taking into account both hyperfine and electron-deformation interactions. The width of the distribution function of random strains was estimated. The main sources of random strains in YAl3(BO3)4:Pr3+ crystals are discussed.

研究の動機と目的

• YAl3(BO3)4におけるPr3+結晶場二重項のg因子を決定する。
• 高分解能分光と交換電荷モデルを用いて結晶場パラメータを取得する。
• ランダム格子歪みによるゼロ場二重項分割を説明する。
• 超細動および電子歪み相互作用を組み込んだ歪みラインプロファイルをモデル化する。
• ランダムひずみの分布幅を推定し、主なひずみ源を論じる。

提案手法

• Pr3+ドープYAl3(BO3)4結晶に対して高分解能フーリエ分光法を実施（分解能は最大0.05 cm-1）。
• 三方晶のc軸に平行な磁場を印加してg因子を測定する。
• 結晶場計算には交換電荷モデルを適用し、分光データにフィットさせる。
• 超細動および電子歪み相互作用を組み込んで歪み二重項をシミュレーションする。
• スペクトルプロファイルからランダムひずみ分布の幅を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能スペクトルから導出されたPr3+の結晶場パラメータは何か。
• RQ2 c軸方向の磁場下で選択されたPr3+結晶場二重項のg因子はいくつか。
• RQ3 ランダム格子歪みは観測されたゼロ場二重項分割を説明できるか、ひずみ分布幅はどの程度か。
• RQ4 超細動および電子歪み相互作用は歪みラインプロファイルにどう影響するか。
• RQ5 YAl3(BO3)4:Pr3+結晶における主なランダムひずみ源は何か。

主な発見

• Pr3+結晶場二重項のg因子がいくつか決定された。
• 交換電荷モデルと分光データを用いて物理的に妥当な結晶場パラメータのセットを得た。
• ゼロ場分割はランダム格子歪みで説明される。
• 超細動および電子歪み相互作用を組み込んだ場合、歪み二重項は観測プロファイルと一致した。
• ランダムひずみ分布の幅を推定し、YAl3(BO3)4:Pr3+の主なひずみ源を論じた。