Y3Al5O12 石榴石晶体中的氧空位中心：电子顺磁共振与介电谱研究
材料科学
2020-01-22 v2
摘要
通过 EPR 研究了缺氧 Y3Al5O12（YAG）晶体中俘获于氧空位（VO）的电子即 F+ 中心。测量在温度 5-450 K、频率 9.4-350 GHz 下采用连续波与脉冲 EPR 技术进行。应用脉冲电子-核双共振来分辨俘获电子与周围核的超精细相互作用。测量表明，在低温 T < 50 K 时，F+ 中心的 EPR 谱是各向异性的，g 因子在 1.999-1.988 范围内，源于石榴石晶格中按 Al(IV)-VO-Al(VI) 链不同方向区分的中心三种磁不等价位置，其中 Al(IV) 和 Al(VI) 分别为四面体和八面体 Al 位。随着温度升高，EPR 谱变为各向同性，表明由于电子在邻近氧空位间运动导致各向异性的运动平均。温度进一步升高至 T > 200 K 时，我们观察到电子离域进入导带，激活能约为 0.4-0.5 eV，导致 EPR 谱线显著变窄，同时由于其形状从高斯变为洛伦兹，源于 27Al 和 89Y 核的费米接触超精细场减小至零。YAG 中 F+ 中心电子的这种温度行为与半导体中施主电子的行为完全类似。我们的发现进一步得到电导与介电性质的测量支持。特别地，这些数据表明传导电子在晶体中并非均匀分布：存在由弱导电介电层隔开的高导电区域。这导致了所谓的 Maxwell-Wagner 介电弛豫，在低频率下呈现巨大的表观介电常数。
引用
@article{arxiv.1812.11873,
title = {Oxygen-vacancy centers in Y3Al5O12 garnet crystals: electron paramagnetic resonance and dielectric spectroscopy study},
author = {V. Laguta and M. Buryi and S. Tkachenko and P. Arhipov and I. Gerasymov and O. Sidletskiy and O. Laguta and M. Nikl},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.11873},
year = {2020}
}