Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 28, Numéro C4, Août 1967
COLLOQUE SUR LES CENTRES COLORÉS
Page(s) C4-75 - C4-80
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1967411
COLLOQUE SUR LES CENTRES COLORÉS

J. Phys. Colloques 28 (1967) C4-75-C4-80

DOI: 10.1051/jphyscol:1967411

LOCALISED ELECTRONIC STATES OF DEFECT AGGREGATES IN NEUTRON IRRADIATED MAGNESIUM OXIDE

B. HENDERSON1 and R. D. KING2

1  Physics Department, University of Keele, Keele, Staffordshire (England)
2  Ceramics Centre, A.E.R.E. (Harwell) England.


Résumé
Les oxydes de terres alcalines ont la même structure cristalline que les halogénures alcalins, et par conséquent on observe des défauts d'états électroniques et des propriétés de symétrie analogues aux centres M et R après une irradiation aux neutrons. La divalence du réseau récepteur offre aussi un potentiel assez grand pour piéger les électrons : à cet égard les centres type R ont été particulièrement intéressants. En utilisant la technique de forces uniaxales, on a confirmé que les raies optiques à zéro phonons de 5 248 Å, 6 419 Å et 6 490 Å sont associées à ces centres-là. La raie de 5 248 Å est fortement dichroïque sous charge à 4 °K, et les résultats indiquent une transition E → A. Le fait que les raies de 6 419 Å et 6 490 Å ne sont pas dichroïques confirme que ces raies sont associées à des transitions A → E. Le calcul des états électroniques de ces défauts trigonaux suggère que les raies de 5 248 Å, 6 419 Å et 6 490 Å sont dues à des faisceaux de trois places vacantes d'anions dans un plan (111), contenant respectivement 5, 6 et 7 électrons. En plus des défauts que l'on reconnaît aisément par leurs caractéristiques type M et R, il y en a qui ne sont analogues à aucun défaut déjà identifié parmi les halogénures alcalins. Deux de ces défauts ont des états triplets de spin (S = 1) à 300 °K, mais des états singulets de spin à 4 °K. Les modèles pour ces défauts comprennent des paires couplées de centres E en échange en association alternée dans les directions [100] (symétrie tétragonale) et [110] (symétrie orthorhombique). Un troisième défaut, que Wertz nomme le centre F2, a des propriétés optiques en accord avec celles que l'on calcule pour un seul électron, lié à une paire de places vacantes anion-cation. Plus, récemment, le modèle proposé pour ce défaut a été fortement corroboré par des mesures de résonance paramagnétique dans la bande Q.


Abstract
The alkaline earth oxides have the same crystal structure as the alkali halides and consequently defects with electronic states and symmetry properties analogous with the M-and R-centers are observed after neutron irradiation. The divalent nature of the host lattice also offers additional potential for electron trapping : in this respect the R-like centres have been especially interesting. The application of uniaxial stress techniques has confirmed that optical zero-phonon lines at 5 248 Å, 6 419 Å and 6 490 Å are associated with such centres. The line at 5 248 Å is strongly dichroic under stress at 4 °K and the results are indicative of E → A transitions. The lack of such dichroic behaviour in the 6 419 Å and 6 490 Å lines confirm that these lines are associated with A → E transitions. Calculation of the electronic states of theses trigonal defects suggest that the 5 248 Å, 6 419 and 6 490 Å lines are due to clusters of three anion vacancies lying in a (111) plane and containing 5, 6 and 7 electrons respectively. In addition to defects which are readily recognised on account of their M- and R-like characteristics, there are defects that are not analogous with any defects so far identified in the alkali halides. Two such defects have spin triplet states (S = 1) at 300 OK but have spin singlet states at 4 °K. Models for these defects involve exchange coupled pairs of F-centres in next nearest neighbour association along the [100] axes (tetragonal symmetry) and [110] axes (orthorhombic symmetry). A third defect, designated the Fz-centre by Wertz, has optical properties in accord with those expected for a single electron bound to an anion-cation vacancy pair. More recent paramagnetic resonance measurements at Q-band strongly support the proposed model for this defect.