Гиперссылка 3.2 Энергетические уровни атома (иона) хрома в решетке ионного кристалла рубина

Ион хрома Сr³⁺ имеет основной уровень с квантовыми числами S =3/2, L =3, J= 3/2 и J (2 J +1) или 4 Зеемановского уровня.

Внутреннее электрическое поле в ионных кристаллах настолько велико, что разрывает спин - орбитальные связи в ионах и квантовое число J теряет смысл.

В поле решетки орбитальный и спиновый магнитные моменты испытывают пространственное квантование независимо друг от друга. При этом орбитальный магнитный момент иона хрома в основном состоянии оказывается близким к нулю. Потому в поле решетки испытывает пространственное квантование только спиновый магнитный момент. В результате основной уровень расщепляется на два подуровня соответственно абсолютным значениям проекции спина на ось симметрии кристалла равным 3/2 и ½ (терм ⁴А₂).

Величина расщепления основного уровня полем решетки рубина соответствует частоте перехода 11,6 ГГц. Во внешнем магнитном поле вырождение полностью снимается и каждый из подуровней расщепляется еще на два подуровня.

Зеемановское расщепление в поле решетки зависит не только от абсолютной величины магнитной индукции В (или напряженности магнитного поля Н), но и от угла между направлением магнитного поля и осью симметрии кристалла.

На рисунке схематически представлены графики Зеемановского расщепления в рубине для угла 54° 44'. Этот угол интересен тем, что при нем расстояние между уровнями 1, 3 и уровнями 2, 4 равны.

На рисунке по оси абсцисс отложены величины пропорциональные напряженности постоянного магнитного поля Н, по оси ординат - энергии Зеемановских уровней Е.