Субмиллиметровый ЭПР-спектрометр с перестраиваемой частотой

Описание прибора

Субмиллиметровый ЭПР спектрометр создан в КФТИ КазНЦ РАН на основе ламп обратной волны (ЛОВ). Набор ЛОВ перекрывает диапазон рабочих частот 65-375 ГГц с разрешением не хуже 50 МГц. Магнитное поле (0-1 Т) создается обычным электромагнитом. Температура измерений 4.2-12 К. Образцы (максимальные размеры 10х10х10 мм) помещаются в гелиевый криостат. Предусмотрена возможность вращения образца в магнитном поле. В конструкции спектрометра использован широкополосный квазиоптический тракт, выполненный на основе тефлоновых линз, зеркал и сетчатых поляризаторов. Используется безрезонаторная схема « на проход». Регистрируются первые производные спектров поглощения. Частота модуляция магнитного поля 15 КГц. Поляризация микроволнового излучения, падающего на исследуемый образец, может быть изменена. Спектрометр полностью автоматизирован. Оригинальная программа управляет процессом измерения, а также регистрирует спектры ЭПР, которые запоминаются в виде dat-файлов, что позволяет обрабатывать их с использованием стандартных приложений Windows.

Методики

Кроме известных методик регистрации угловых и температурных зависимостей спектров ЭПР на субмиллиметровом ЭПР спектрометре имеются дополнительные возможности. В частности широкополосность и перестройка по частоте позволяет измерять зависимости величин резонансных переходов от магнитного поля, т.е. практически прослеживать зависимость уровней энергии от магнитного поля. Кроме того разработана специальная методика для определения величин расщеплений в нулевом поле. Эта методика предусматривает прохождение магнитного поля через ноль. Возможность изменять поляризацию также является оригинальной особенностью спектрометра, расширяющей круг решаемых задач.

Объекты исследования

Главным объектом исследования являются лазерные кристаллы, допированные переходными и редкоземельными ионами. Возможности получения двумерной картины зависимости частоты резонансных переходов от магнитного поля и прямого измерения расщепления между уровнями позволяют легко идентифицировать в исследуемом образце примесные центры различной структуры, образованные одним и тем же ионом. Это иллюстрируется на рис.1, где приведены результаты исследования примесных центров Cr3+ в синтетическом форстерите (Mg₂SiO₄).

Необходимо отметить, что ряд ионов (главным образом некрамерсовы) не удается исследовать методом традиционной ЭПР спектроскопии, поскольку энергетические зазоры между электронными состояниями превышают кванты спектрометров X и Q- диапазонов. В тоже время использование субмиллиметрового ЭПР спектрометра позволяет успешно преодолеть традиционные трудности, возникающие при изучении некрамерсовых ионов. В качестве примера можно привести работы, выполненные на следующих кристаллах Mg₂SiO₄:Cr, Ho³⁺, Tm³⁺; CdGa₂S₄:Cr; CsCdBr₃:Ho³⁺, Tm³⁺; KPb₂Cl₅:Tb³⁺; LiYF₄:Ho³⁺ и др.