Energy Level Calculation of Fe3+ Paramagnetic Impurity Ion in a LiTaO3 Single Crystal

Ground state energy levels of the $Fe^{3+}$ paramagnetic impurity ion in stoichiometric $LiTaO_3$ and in congruent $LiTaO_3$ single crystals were calculated with electron paramagnetic resonance constants. Energy levels between six energy levels were obtained with spectroscopic splitting parameter g and zero field splitting constant D for $Fe^{3+}$ ion. The energy diagrams of $Fe^{3+}$ ion were different from different magnetic field directions ([100], [001], [111]) when magnetic field increases. The calculated ZFS energies of $Fe^{3+}$ ion in stoichiometric and congruent $LiTaO_3$ single crystals for ${\mid}{\pm}5/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}3/2$ > and ${\mid}{\pm}3/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}1/2$ > transitions were 12.300 GHz and 6.150 GHz, and 59.358 GHz and 29.679 GHz, respectively. It turns out that energy levels of $Fe^{3+}$ paramagnetic impurity in $LiTaO_3$ crystal are different from different crystal growing condition.

LiTaO3 단결정 내의 Fe3+ 상자성 불순물 이온에 대한 에너지 준위 계산

정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정 및 비정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정 내에 불순물로 도핑된 $Fe^{3+}$ 상자성 불순물 이온의 바닥 상태에서의 에너지 준위를 계산하였다. $LiTaO_3$ 단결정 내에서 육방정계 대칭성을 갖는 $Fe^{3+}$ 이온의 전자 상자성 공명 상수인 분광학적 분리인자 g 및 영자기장 갈라지기 D 값을 이용하여 6개의 에너지 준위 사이의 에너지 준위를 계산하였다. 자기장을 결정학적 주축 ([100], [001], [111])과 나란하게 가하여 자기장을 증가시켜 감에 따라 얻은 에너지 준위 갈라지기는 자기장을 가한 방향에 따라서 서로 다른 값을 나타내었다. ${\mid}{\pm}5/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}3/2$ >및 ${\mid}{\pm}3/2$ > ${\leftrightarrow}{\mid}{\pm}1/2$ > 사이의 전이에서 계산한 영자기장 갈라지기 값은 정비조성으로 성장시킨 $LiTaO_3$ 단결정과 비정비조성으로 성장시킨 단결정의 경우에 각각 12.300 GHz, 6.150 GHz와 59.358 GHz, 29.679 GHz이다. 결정성장 조건에 따라 에너지 준위가 상당히 다른 것으로 나타났다.