稀土掺杂络合物局域各向异性电磁结构理论研究

以RFeAsO1-xFx型超导络合物为研究目标，建立能描述稀土掺杂络合物局域各向异性电磁结构的理论方法，提出的物理模型包括稀土离子f电子自旋与核自旋耦合，f电子轨道角动量与晶格的耦合以及f电子与超导层内电子的耦合等重要的相互作用机理，采用Racah不可约张量方法与Slater波函数方法相结合的方案，在角重叠模型基础上建立完全的能量矩阵。通过矩阵的对角化计算确定出稀土离子电磁结构随晶格结构变化的规律，进而确定出稀土离子的电磁结构与超导层FeAs内电子的相互关联。运用所建立的理论方法具体分析RFeAsO1-xFx型超导体内稀土离子的电磁结构，揭示其与晶格结构的内在联系。本项目将为稀土材料宏观物性的研究提供最基本的微观电子能态信息，而这一理论问题的解决将从微观机理上提升人们对于稀土材料物性的认知能力。这对于促进固体中原子分子物理问题的研究和推动原子分子物理与凝聚态物理的交叉发展都具有重要的意义。

本项目对稀土掺杂络合物局域各向异性电磁结构展开了理论研究。主要工作进展包括以下几个方面：1）在稀土金属离子fn电子组态空间基构造方面考虑到泡利原理限制分别建立了f2组态的91个基矢和f3组态的364个基矢。2）在稀土金属离子fn组态空间内构造能量矩阵方面完成了以Slater行列式方法和Racah不可约张量方法为基础的计算程序，分别推演出了91阶和364阶的完全能量矩阵。3）在稀土掺杂晶体局域各向异性结构和电磁结构方面发现掺杂稀土离子的光谱、EPR谱不仅与母晶体有关，而且强烈依赖于掺杂离子所处的位置。在LiNbO3:Er3+体系中发现Er3+在取代Li+离子后将沿C3轴向外移动；在ThO2:Er3+体系中发现Er3+将处在三种不等价的位置上，电荷补偿效应将引起(ErO8)13-团簇的畸变与移动；在BaF2:Er3+体系中发现局域晶格的畸变源于在[111]方向上存在一个间隙的F-阴离子；同时对RFeAsO1-xFx型材料中稀土离子的电磁结构和晶格结构的联系进行了研究。4）在电子输运机理方面重点研究了稀土单杂质和双杂质形成量子点时对传导电流的影响，发现使用外加磁场可实现从近藤单态到局域单态这一量子相变的调控，同时还发现量子点之间的反铁磁交换作用能抵消极化电极的有效场使体系的近藤共振得到恢复。