Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 28, Numéro C4, Août 1967
COLLOQUE SUR LES CENTRES COLORÉS
Page(s) C4-120 - C4-129
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1967420
COLLOQUE SUR LES CENTRES COLORÉS

J. Phys. Colloques 28 (1967) C4-120-C4-129

DOI: 10.1051/jphyscol:1967420

OH- DIPOLE CENTERS IN ALKALI HALIDES

F. LÜTY

University of Utah, Department of Physics


Résumé
Les halogénures alcalins qui contiennent des ions OH- de substitution sont devenus les exemples principaux et les mieux étudiés, et les systèmes modèles de substances cristallines paraélectriques et paraélastiques. Le dopage contrôlé entre 10-6 et 10-2 permet l'étude des systèmes de dipoles sans interaction ou réagissants, par différentes techniques expérimentales. On examine ici les techniques optiques et calorimétriques. Une connaissance approfondie de l'absorption optique est à la base de l'étude électro-optique et élasto-optique. On passe ici en revue les absorptions électronique (~ 6 eV) et vibrationnelle (~ 0,45 eV) du centre OH-, ainsi que son absorption vibrationnelle directe (~ 0,04 eV), récemment découverte. Les effets électro- et élasto-optique (changements d'absorption optique sous l'action de champs électriques ou élastiques) montrent que, dans la plupart des cas étudiés, les dipoles sont maintenus dans les directions < 100 > par le potentiel cristallin octaédrique. Ces expériences donnent les valeurs des moments dipolaires électriques et élastiques efficaces, et l'anisotropie optique des centres. A partir de l'effet électrocalorique, et en faisant varier les temps de croissance et de décroissance du champ électrique appliqué, on mesure directement le temps de relaxation dipole-réseau. Des expériences récentes sur six halogénures alcalins différents ont montré que ce temps de relaxation dépend considérablement du réseau hôte, variant entre 2 × 10-5 et 2 × 10-9 s à 2 °K. On peut déduire, des relations de ce temps avec le champ et la température, des conclusions relatives au mécanisme de couplage entre dipole et phonons. On a étudié quantitativement, aussi bien par les techniques électro- et élasto-optique qu'électrocalorique, les interactions dans les systèmes constitués par des dipoles OH- concentrés ou dilués et des défauts ponctuels chargés (paires de Frenkel).


Abstract
Alkali halides containing substitutional OH- ions have become prominent and well investigated examples and model systems for paraelectric and paraelastic crystal substances. Controlled doping between 10-6 and 10-2 allows the study of both interaction-free and interacting dipole systems with various experimental techniques. Here the optical and caloric techniques are reviewed. The basis for electro-optical and elasto-optical work is a detailed knowledge of the optical absorption itself. This is reviewed first, covering the electronic (~ 6 eV), vibrational (~ 0.45 eV) and the recently discovered direct librational absorption (~ 0.04 eV) of the OH- center. The electro- and elasto-optical effect (change of optical absorption under applied electric and elastic fields) reveals for most investigated cases that the dipoles are confined to the < 100 > directions by the octahedral crystalline potential. Values for the effective electric and elastic dipole moment and the optical anisotropy of the center are obtained from these experiments. Using the electro-caloric effect and varying the rise- and decaytime of the applied electric field, the dipole-lattice relaxation time can be directly measured. Recent experiments on six different alkali halides show a considerable dependence of this relaxation time on the host lattice, varying between 2 × 10-5 and 2 × 10-9 sec at 2 °K. From the field- and temperature-dependence of the dipole-lattice relaxation time, conclusion can be drawn about the coupling mechanism between dipole and phonons. Interaction effects among concentrated OH- dipole systems and among systems of diluted OH- dipoles and charged point defects (Frenkel pairs) were quantitatively studied, using the electro- and elasto-optical as well as the electro-caloric technique.