β-Ga2O3 단결정 내에 첨가된 Gd3+ 상자성 불순물 이온에 대한 전자 자기 공명 (Electron Magnetic Resonance Study of Gd3+ Ions in a β-Ga2O3 Single Crystal)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 68권 / 5호 / 522 ~ 528페이지
· 저자명 : 오청식, 염태호

초록

부유대 용융법을 사용하여 산소 분위기에서 Gd$^{3+}$ 상자성 불순물을 첨가시킨 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 단결정을 성장시켰다. X-밴드 전자 자기 공명 장치를 사용하여 상온에서 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 단결정 내 불순물인 Gd$^{3+}$ 상자성 이온에 대하여 전자 자기 공명 스펙트럼을 얻었다. 결정 평면에서 얻은 상자성 공명 스펙트럼을 유효 스핀 해밀토니안을 사용하여 분석함으로써 분광학적 분리 인자 g-텐서와 영 자기장 갈라지기 상수인 $B_k^q$를 얻었다. 그리고 결정성장 시 첨가시킨 상자성 불순물인 Gd$^{3+}$ 이온은 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 단결정 내의 산소 팔면체로 둘러싸인 Ga$^{3+}$ 이온을 치환하고 들어가는 것을 알 수 있었다. 또한 Ga$^{3+}$ 이온을 치환하고 들어간 Gd$^{3+}$ 이온은 약간 찌그러진 산소 팔면체 내에 있게 되는데 이 Gd$^{3+}$ 이온의 국소 대칭성은 단사정계로 나타났다. 치환하고 들어간 Gd$^{3+}$ 불순물 이온의 바닥 상태 에너지 준위도 또한 계산하였다.

영어초록

A single-domain $\beta$-Ga$_2$O$_3$ single crystal doped with the Gd$^{3+}$ ions was grown in an O$_2$ atmosphere by using a floating zone method. Electron magnetic resonance (EMR) spectra of the Gd$^{3+}$ impurity ions were recorded using an X-band EMR spectrometer at room temperature. From the analysis of the rotation patterns of the Gd$^{3+}$ ions in the crystallographic planes, the spectroscopic splitting tensor g and the zero-field splitting parameters $B_k^q$'s were determined using an effective spin Hamiltonian. The Gd$^{3+}$ impurity ions replace the Ga$^{3+}$ ions in the oxygen octahedron rather than in the oxygen tetrahedron. The actual local site symmetry of the Gd$^{3+}$ impurity ion substituting at the Ga$^{3+}$ site is unequivocally monoclinic. The energy levels of the ground state for Gd$^{3+}$ ions embedded in $\beta$-Ga$_2$O$_3$ crystals were calculated.

참고자료

· 없음