OPTICAL ABSORPTION OF Co²⁺ IN ZnO

Résumé
On présente des spectres d'absorption polarisés de l'ion CO²⁺ dans ZnO. Les transitions de l'état fondamental ²A₂ aux multiplets, ⁴T₂(F), et ⁴T₁(F) et ²E(G) sont analysées en détail. Ces bandes sont composées de lignes aiguës de zéro phonon et leurs bandes vibratoires latérales. On a trouvé que le couplage vibratoire est dominant avec des phonons optiques d'une énergie de 528 cm^-1 et avec les phonons acoustiques du point M de la zone de Brillouin ayant une énergie de 100 cm^-1. Pour expliquer les niveaux électroniques déduits des spectres on a diagonalisé l'opérateur hamiltonien représentant les champs cristallins cubique et trigonal, l'interaction coulombienne et le couplage spin-orbite regardant tous les niveaux de la configuration d⁷. Avec les paramètres Dq = 400, ν = 120, ν' = 320, B = 760, C = 3 500 et ζ = 430 cm^-1 la théorie explique bien les centres des bandes d'absorption ainsi que leur structure fine. En plus les facteurs g_|| et g_⊥, de l'état fondamental du Co²⁺ sont calculés correctement.

Abstract
Polarized optical absorption spectra of Co²⁺ in ZnO are reported. The crystal field transitions from the ⁴A₂ ground state to the ⁴T₂(F), ⁴T₁(F) and ²E(G) multiplets are analyzed in detail. These bands consist of sharp zero phonon lines and their vibronic sidebands, where coupling to 528 cm^-1 optical phonons and 100 cm^-1 acoustical phonons from the M point of the ZnO Brillouin zone is shown to be dominant. In order to explain the level scheme derived from the spectra the Hamiltonian describing cubic and trigonal crystal field, Coulomb and spin-orbit interaction has been diagonalized within the full d⁷ configuration. With Dq = 400, ν = 120, ν' = 320, F = 760, C = 3 500 and ζ = 430 cm^-1 both the band positions and the electronic fine structure splittings are satisfactorily accounted for. In addition the g-factors of the Co²⁺ ground state, g_|| and g_⊥, are correctly predicted.