Димерная самоорганизация примесных ионов иттербия в монокристаллах синтетического форстерита

Методом стационарной и импульсной ЭПР-спектроскопии в X-диапазоне исследованы парамагнитные центры, образованные примесными ионами Yb$^{3+}$ в синтетическом форстерите (Mg$_2$SiO$_4$), выращенном методом Чохральского. Такие центры представляют собой одиночные ионы, замещающие магний в двух различных кристаллографических позициях, обозначаемых М1 и М2, и димерные ассоциаты, образованные двумя ионами Yb$^{3+}$ в близлежащих позициях М1. Установлено, что имеется ярко выраженный механизм, благоприятствующий самоорганизации ионов иттербия в димерные ассоциаты в процессе роста кристаллов, а механизм спин-спиновой связи между ионами иттербия в ассоциате имеет преимущественно диполь-дипольный характер, что позволяет управлять энергией спин-спинового взаимодействия изменением ориентации внешнего магнитного поля. Методом межатомных потенциалов с использованием программы GULP 4.0.1 (General Utility Lattice Program) проведено структурное компьютерное моделирование кластерных центров иттербия в кристаллах форстерита. Установлено, что для ионов иттербия, замещающих магний в позиции М1, наиболее энергетически выгодно образование димерных ассоциатов в виде цепочки, параллельной кристаллографической оси $c$, состоящей из двух ионов иттербия с магниевой вакансией между ними.