超强磁场下红宝石的晶体场帕邢-巴克效应

通过磁光致发光测量，我们在高达 230 T 的超强磁场中研究了红宝石（Cr$^{3+}$: $\alpha$-Al$_{2}$O$_{3}$）R 线的塞曼谱。观测到的塞曼图样在 100 T 以上呈现非线性行为，证明了先前报道的针对 ${\bf B} \perp c$ 几何的帕邢-巴克效应发生破缺。我们采用包含立方晶体场（${\mathcal H}_{\rm cubic}$）、三角晶体场（${\mathcal H}_{\rm trig}$）、自旋-轨道相互作用（${\mathcal H}_{\rm SO}$）以及塞曼相互作用（${\mathcal H}_{\rm Z}$）的晶体场多重态理论。发现 R 线的非线性分裂源于 $^{2}E$ 与 $^{2}T_{1}$ 态之间的杂化，这导致这些塞曼能级以轨道角动量量子化。我们的结果表明，红宝石中 ${\mathcal H}_{\rm cubic}$、${\mathcal H}_{\rm trig}$、${\mathcal H}_{\rm SO}$ 与 ${\mathcal H}_{\rm Z}$ 之间精细的能量平衡，为观测朝向极高场端的 $晶体场$ 帕邢-巴克效应的起始提供了独特机会。