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Kapitel 1. Seltenerd-dotierte Festkörper
Angeregter Zustand 1 D 2
E/h [MHz]
40
30
20
10
0
-10
-20
Energieniveaus
Zeeman-Spektrum
Lage A
Lage B
40
30
20
10
0
[MHz]
40
40
Grundzustand 3 H 4
E/h [MHz]
30
20
10
0
-10
-20
0 200 400 600 800 1000
B y
[G]
30
20
10
0 200 400 600 800 1000 0
B y
[G]
[MHz]
Abbildung 1.4: Berechnete Lage der Hyperfeinniveaus (links) und das daraus resultierende
Zeeman-Spektrum (rechts) für den angeregten Zustand 1 D 2 (oben) und den Grundzustand
3 H 4 (unten) gegen ein externes Magnetfeld B y . Werte für Ionen der magnetischen Lage A
sind als rote (—), der Lage B als grüne Linien (—) dargestellt. Die Energieverschiebung wurde
auf das jeweils niedrigste Hyperfeinniveau im entarteten, d.h. feldfreien Fall normiert.
Abbildung 1.4 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit der HFS (linke Spalte) von
einem in y-Richtung angelegten Magnetfeld. Aus den Differenzen der Energieniveaus
berechnet sich das jeweilige Zeeman-Spektrum (rechte Spalte), welches
experimentell vermessen werden kann (s. Kap. 6.1.3). Die im feldfreien Fall entarteten
Hyperfeinniveaus werden durch das Magnetfeld B y aufgespalten. Dabei
ist die Aufspaltung im Grundzustand 3 H 4 deutlich ausgeprägter als im angeregten
Zustand 1 D 2 . Aufgrund der sechs Niveaus entstehen pro magnetischer Lage und
elektronischem Zustand 15 Hyperfeinübergänge. Dabei fällt auf, dass der Unterschied
zwischen Lage A und B relativ gering ausfällt. Dies liegt daran, dass das Magnetfeld
nahezu orthogonal zur C 2 -Achse des Kristalls variiert wurde. Die Rotation
(1.13) wirkt sich daher nur sehr schwach aus. Erst wenn der Feldvektor ⃗B mehrere
nicht-verschwindende Komponenten in mindestens zwei Raumrichtungen besitzt,
wird die Symmetrie des Kristalls gebrochen, und Lage A und B unterscheiden sich
deutlich. Dann können 2 × 36 optische Übergänge beobachtet werden.
Aufgrund der oben dargestellten Komplexität beschränkte sich bislang die
überwiegende Zahl der Experimente an seltenerd-dotierten Festkörper auf den
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