晶體場(chǎng)手冊(cè)

內(nèi)容概要

　　《晶體場(chǎng)手冊(cè)》以對(duì)晶體場(chǎng)現(xiàn)代概念的理解為基礎(chǔ)，澄清了在歷史上產(chǎn)生混淆的一些問(wèn)題，尤其是關(guān)于磁性離子能級(jí)光譜的共價(jià)效應(yīng)、配位體極化效應(yīng)方面的問(wèn)題。
　　對(duì)固體中磁性離子能級(jí)光譜的唯象分析，提供了清晰的指導(dǎo)和一套計(jì)算機(jī)程序，向讀者說(shuō)明了如何用不同層次的參數(shù)化模型來(lái)從觀測(cè)光譜中獲得盡可能多的信息。特別地，詳細(xì)闡述了疊加模型和躍遷強(qiáng)度的參數(shù)化以及當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)（單電子）晶體場(chǎng)參數(shù)化不成功時(shí)所要使用的方法。
　　這是第一本把全部參數(shù)化模型、概念和使用它們所需的計(jì)算手段統(tǒng)而述之的晶體場(chǎng)理論著作，對(duì)光電子系統(tǒng)和磁性材料方面的研究生和研究人員特別有益。

作者簡(jiǎn)介

張慶禮，2001.4至今在中科院安光機(jī)所工作，于2002.9被聘為副研究員，2005年至今任晶體材料研究室主任。在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文十余篇。

書籍目錄

譯者序
前言
引言
第1章 晶體場(chǎng)分裂機(jī)制
1.1 作為開殼層態(tài)自由離子微擾的晶體場(chǎng)
1.2 靜電型晶體場(chǎng)模型
1.3 其他對(duì)有效電勢(shì)的貢獻(xiàn)
1.4 多電子矩陣元形式的晶體場(chǎng)能量
1.5 單電子矩陣元表示的晶體場(chǎng)能量
1.6 晶體場(chǎng)計(jì)算的多體方法
1.7 與其他公式的關(guān)系
1.8 與能帶論中緊束縛模型的關(guān)系
1.9 數(shù)值結(jié)果
1.10 總結(jié)
第2章 經(jīng)驗(yàn)晶體場(chǎng)
2.1 磁性離子光譜及能級(jí)
2.2 唯象晶體場(chǎng)參數(shù)化
2.3 從實(shí)驗(yàn)上確定晶體場(chǎng)參數(shù)
2.4 鑭系和錒系晶體場(chǎng)參數(shù)
第3章 晶體場(chǎng)參數(shù)擬合
3.1 從晶體場(chǎng)參數(shù)確定晶體場(chǎng)分裂
3.2 鑭系和錒系中多重能級(jí)的晶體場(chǎng)參數(shù)擬合
第4章 鑭系和錒系光學(xué)光譜
4.1 哈密頓量
4.2 矩陣元的約化和賦值
4.3 物理參數(shù)值的設(shè)定方法
4.4 晶體場(chǎng)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定
4.5 鑭系和錒系的對(duì)比
第5章 疊加模型
5.1 基本考慮事項(xiàng)
5.2 固有參數(shù)值
5.3 組合坐標(biāo)因子
5.4 由唯象晶體場(chǎng)參數(shù)確定固有參數(shù)
5.5 應(yīng)力引起的晶體結(jié)構(gòu)變化
5.6 固有參數(shù)的分析與解釋
5.7 疊加模型的價(jià)值及其局限性評(píng)估
第6章 電子關(guān)聯(lián)對(duì)晶體場(chǎng)分裂的影響
6.1 單電子晶體場(chǎng)模型的般化
6.2 晶體場(chǎng)概念的一般化
6.3 全參數(shù)化
6.4 參數(shù)擬合
6.5 發(fā)展趨勢(shì)
第7章 S態(tài)離子基態(tài)分裂
7.1 自旋哈密頓
7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
7.3 晶體場(chǎng)和自旋哈密頓參數(shù)間的關(guān)系
7.4 疊加模型
7.5 零場(chǎng)分裂機(jī)制
7.6 展望
第8章 不變量和矩量
8.1 矩量和轉(zhuǎn)動(dòng)不變量間的關(guān)系
8.2 二次旋轉(zhuǎn)不變量和疊加模型
8.3 應(yīng)用舉例
8.4 展望
第9章 半經(jīng)典模型
9.1 介紹性例子
9.2 八配位立方格位處的隧道效應(yīng)
9.3 展望
第10章 躍遷強(qiáng)度
10.1 基本方面
10.2 宇稱禁戒躍遷
10.3 疊加模型
10.4 唯象處理
10.5 從頭汁算
10.6 高階效應(yīng)
10.7 相關(guān)主題
10.8 展望
附錄1 點(diǎn)對(duì)稱性
A1.1 全旋轉(zhuǎn)群O3和自由磁性離子態(tài)
A1.2 格位對(duì)稱和對(duì)稱算符
A1.3 晶體場(chǎng)參數(shù)和點(diǎn)對(duì)稱
A1.4 點(diǎn)對(duì)稱群的不可約表示和能級(jí)
A1.5 約化和誘導(dǎo)表示
附錄2 QBASIC程序
A2.1 3j和6j符號(hào)的計(jì)算
A2.2 坐標(biāo)因子的計(jì)算
A2.3 數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)和命名
附錄3 可獲取的程序包
A3.1 3dN離子晶體場(chǎng)分析計(jì)算程序包
A3.2 從光譜強(qiáng)度確定晶體場(chǎng)和強(qiáng)度
A3.3 從非彈性中子散射確定晶體場(chǎng)
A3.4 計(jì)算立方對(duì)稱格點(diǎn)能級(jí)圖的Mathcmatica程序
附錄4 計(jì)算程序包CsT
A4.1 晶體場(chǎng)和零場(chǎng)分裂哈密頓性質(zhì)
A4.2 程序包的結(jié)構(gòu)和功能
A4.3 總結(jié)和結(jié)論
參考文獻(xiàn)
索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1.2 靜電型晶體場(chǎng)模型 歷史上，曾假設(shè)除所考慮的磁性離子外，把晶體中所有的其他離子簡(jiǎn)單地處理為靜電場(chǎng)的源，這是離子晶體中晶體場(chǎng)的第一個(gè)近似。在這種所謂的靜電晶體場(chǎng)模型中，假設(shè)磁性離子開殼中的每個(gè)電子都獨(dú)立地在靜電勢(shì)下運(yùn)動(dòng)，各向異性項(xiàng)由周圍的晶體產(chǎn)生。已證明這種模型是不正確的，本章中大部分內(nèi)容是用來(lái)說(shuō)明為什么如此。然而，靜電模型在主題文獻(xiàn)中是如此根深蒂固，用它作為目前討論的開始是很好的。 1.2.1 靜電模型的定量發(fā)展 靜電模型最簡(jiǎn)單的形式是點(diǎn)電荷模型。在此模型中，一個(gè)磁性離子處的靜電勢(shì)是通過(guò)晶格中所有其他離子（被認(rèn)為是點(diǎn)電荷）的貢獻(xiàn)直接相加而得到的，這樣做的物理理由是：任何外部具有球?qū)ΨQ性的電荷分布的靜電勢(shì)與處于其電荷分布中心一個(gè)點(diǎn)的等同凈電荷產(chǎn)生的靜電勢(shì)是一樣的。因此，點(diǎn)電荷模型中的內(nèi)在近似是在磁性離子上的開殼層電子位于近鄰離子的電荷分布之外。盡管這種近似非常粗糙，但是，至少在離子晶體情形下，它總是能預(yù)測(cè)符號(hào)正確的晶體場(chǎng)參數(shù)，從此意義上講，簡(jiǎn)單點(diǎn)電荷模型是成功的。這和開殼電子間由相鄰離子所攜帶的負(fù)電荷所產(chǎn)生的排斥作用是一致的。 可證明對(duì)靜電勢(shì)的k階點(diǎn)電荷作用有簡(jiǎn)單的函數(shù)依賴1／Rk+1，這里R為點(diǎn)電荷到磁性離子中心的距離。這種距離的依賴性（尤其k=2的情況下）預(yù)期會(huì)導(dǎo)致晶體中遠(yuǎn)距離離子對(duì)靜電勢(shì)有重要貢獻(xiàn)。由于在點(diǎn)電荷晶格求和中，正負(fù)相消很強(qiáng)，因此必須用十分復(fù)雜的方法來(lái)得到可靠的結(jié)果。 盡管可以解決精確計(jì)算波函數(shù)和晶格求和時(shí)的困難，但所得結(jié)果仍然是基于點(diǎn)電荷模型中讓人懷疑的內(nèi)在假設(shè)。經(jīng)驗(yàn)證明，無(wú)論怎么努力改善它們的精度，這種計(jì)算也不會(huì)得到和實(shí)驗(yàn)上所觀察到的晶體場(chǎng)分裂一樣的結(jié)果。典型地，對(duì)鑭系離子，2階作用高估到了10倍，6階作用則低估了相似的倍數(shù)。 改進(jìn)點(diǎn)電荷模型的早期嘗試（見[HR63]）主要集中在考慮晶體中的離子電荷沒有精確的球?qū)ΨQ分布上。曾提出在點(diǎn)電荷分布之外，來(lái)自于作用在離子上的感應(yīng)（點(diǎn)）電偶極矩和電四極矩的靜電作用也應(yīng)該包含在晶格求和中。然而，這些改進(jìn)并沒有提高與實(shí)驗(yàn)的吻合性，上面提到的總的誤差仍保持不變。 在鑭系和錒系晶體場(chǎng)的靜電模型中，對(duì)2階晶體場(chǎng)的過(guò)高估計(jì)在很大程度上可以歸因于忽略了在部分填充的Nf殼層外的（N+1）S2P6滿殼層電子的屏蔽效應(yīng)。實(shí)際上，對(duì)外殼層電子的激發(fā)改變了開殼層電子所能感受到的外面產(chǎn)生的靜電場(chǎng)。這種屏蔽作用可以通過(guò)乘以屏蔽因子（表示為（1一σk））而歸人靜電點(diǎn)電荷模型。已做了數(shù)種嘗試來(lái)計(jì)算屏蔽因子，發(fā)現(xiàn)它小于單位1，這與直觀感覺一致。對(duì)于三價(jià)的鑭系離子，σ4和σ6都很小，但計(jì)算出的σ2約為0.7（見[SBP68]）。顯然，這在計(jì)算2階靜電作用時(shí)有重要的作用。

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