[论文解读] 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

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一句话总结

论文报道了 Pr3+-掺杂的 YAl3(BO3)4 的高分辨光谱学，通过交换电荷模型提取晶场与超精细参数，并将零场线分裂归因于随机晶格形变以及电子-形变效应。

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.

研究动机与目标

• 确定 YAl3(BO3)4 中 Pr3+ 晶场双重态的 g 因子。
• 使用高分辨光谱学和交换电荷模型获得晶场参数。
• 用随机晶格形变解释零场双重态分裂。
• 建立包含超精细与电子形变相互作用的形变线轮廓模型。
• 估算随机应变的分布宽度并讨论主要应变源。

提出的方法

• 对 Pr3+-掺杂的 YAl3(BO3)4 晶体进行高分辨傅里叶光谱测量（分辨率高达 0.05 cm-1）。
• 在磁场平行于三方晶 c 轴时测量 g 因子。
• 使用交换电荷模型进行晶场计算并拟合光谱数据。
• 通过引入超精细与电子形变相互作用来模拟形变双峰。
• 从光谱轮廓中估算随机应变分布的宽度。

实验结果

研究问题

• RQ1 从高分辨光谱得到的 Pr3+ 在 YAl3(BO3)4 中的晶场参数是什么？
• RQ2 在磁场沿 c 轴时，选定的 Pr3+ 晶场双重态的 g 因子是多少？
• RQ3 随机晶格形变是否能解释观测到的零场双重态分裂？应变分布宽度是多少？
• RQ4 超精细与电子形变相互作用如何影响形变线轮廓？
• RQ5 YAl3(BO3)4:Pr3+ 晶体中随机应变的主要来源是什么？

主要发现

• 确定了若干 Pr3+ 晶场双重态的 g 因子。
• 利用交换电荷模型与光谱数据得到了一组物理上合理的晶场参数。
• 零场分裂可由随机晶格形变解释。
• 在包含超精细与电子形变相互作用时，模拟的形变双峰与观测轮廓一致。
• 估算了随机应变分布的宽度并讨论了 YAl3(BO3)4:Pr3+ 的主要应变来源。