PROPERTIES OF THE F_A CENTRE IN MAGNESIUM-DOPED CALCIUM OXIDE

Résumé
Nous avons étudié des centres liés aux lacunes d'oxygène dans CaO dopé à 1 % de Mg. Les cristaux obtenus contiennent plusieurs zonesa distinctes. Immédiatement au-dessous d'une couche fortement colorée à la surface du bain, il existe une zone où de nouveaux centres F⁺, F et F⁺_A peuvent être créés sous irradiation ionisante jusqu'à des concentrations de l'ordre de 10¹⁷ cm^-3. On obtient par ce processus des rapports F⁺_A/F⁺ anormalement élevés. On en conclut que dans cette zone les centres colorés sont produits par le piégeage d'électrons sur des lacunes d'oxygène préexistantes et qu'une fraction importante de ces lacunes se condense à proximité des impuretés lors du refroidissement à partir du point de fusion plutôt que de former des cavités comme dans les cristaux purs. Une nouvelle bande d'émission à 689 nm avec une raie sans phonon à 656 nm a été trouvée dans ces échantillons dopés. Le facteur de Huang-Rhys est S = 4,4 ± 0,2. La durée de vie est de 12 ms et des mesures de polarisation de la luminescence indiquent un défaut à symétrie tétragonale ce qui est en accord avec le centre F_A. On suppose un processus de transfert d'énergie à partir du centre F excité pour expliquer la dépendance en température de l'intensité de la luminescence à 689 nm. La principale bande d'absorption des centres F_A se situe probablement à 450 nm.

Abstract
Oxygen vacancy centres have been studied in crystals of calcium oxide doped with 1 % Mg. The as-grown melt contains several distinct regions. Just below a highly coloured layer at the surface of the melt is a region in which new F⁺, F and F⁺_A centres with a total concentration up to about 10¹⁷ cm^-3 can be produced by ionizing radiation. Unusually high ratios of F⁺_A to F⁺ centres are produced by this process. It is concluded that in this region colour centres are produced by trapping electrons at pre-existing oxygen vacancies, and that a large fraction of these vacancies condense at impurities during cooling from the melting point rather than forming voids as in pure crystals. A new luminescence band peaking at 689 nm with a zero-phonon line at 656 nm has been found in these doped crystals. The Huang-Rhys factor is S = 4.4 ± 0.2. The excited state lifetime is 12 ms and polarized luminescence measurements indicate a defect with tetragonal symmetry, both features being consistent with assignment to the F_A centre. An energy transfer process from the excited F centre is invoked to explain the temperature dependence of the 689 nm luminescence intensity. The main absorption band of the F_A centre has been tentatively identified at 450 nm.