Механизм оптической перезарядки магнитных центров в BSO:Fe

Исследованы высокоомные фоточувствительные кристаллы Bi$_{12}$SiO$_{20}$ (BSO), легированные ионами железа. Рентгеноструктурный анализ обнаруживает сжатие элементарной ячейки в кристалле BSO:Fe с ростом концентрации примеси. Метод электронного парамагнитного резонанса демонстрирует уменьшение интенсивности сигнала ЭПР при освещении кристалла BSO:Fe светом, генерирующим фотоносители.
Установлена близость характерного времени уменьшения сигнала ЭПР к величине максвелловского времени релаксации, измеренного с помощью продольного электрооптического эффекта. Обсуждается физическая модель механизма оптической перезарядки магнитных центров железа, основанная на утверждении об изменении при фотогенерации носителей характера кристаллических связей иона железа с лигандами без структурной модификации кристаллической решетки. Предложена физическая модель, согласно которой трехвалентный ион Fe$^{+3}$ переходит в двухвалентное состояние Fe$^{+2}$ c изменением полного спина с 5/2 до 2. Сжатие элементарной ячейки с ростом концентрации ионов железа в рамках обсуждаемой модели обусловлено трансформацией атомных орбиталей при замещении ионов кремния ионами железа. Процесс трансформации затрагивает незанятые железом кристаллические ячейки, что доказано отсутствием раздвоения рентгеновских рефлексов и отражает дальнодействующий характер внутрикристаллических взаимодействий в силленитах.