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Dimension effects on spin resonance in graphite intercalation compounds

Abstract
To interpret the experimental spectra of Conduction Electron Spin Resonance (CESR) in Graphite Intercalation Compounds (GIC), we have extended the Dyson-Kaplan theory to the case of anisotropic conductors of finite dimensions. For acceptor compounds, this model predicts that the CESR spectra can be interpreted within the framework of the Dyson theory considering the microwave absorption through the sample faces parallel to the c-axis. Using this model, we propose an experimental procedure to determine the dynamic parameters of carriers from CESR spectra in acceptor compounds. To check the validity of this theoretical model, we have systematically investigated the effects of the reduced sample dimensions (geometrical dimension over skin depth) on the CESR lineshape. Many samples of C8AsF5 with different sizes have been studied in the temperature range 10-300 K. To modify the skin depth independently, CESR measurements have been performed at different frequencies, ν = 4 and 9 GHz. The pronounced effects of sample dimensions observed at both frequencies and their complete interpretation within the framework of the theoretical model confirm its validity and the applicability of the proposed procedure.

Résumé
Pour interpréter les spectres de résonance de spin électronique dans les composés intercalaires du graphite (CIG), nous avons étendu la théorie de Dyson-Kaplan au cas des conducteurs anisotropes de dimensions finies. Pour les composés accepteurs, ce modèle prédit que ce sont principalement les faces parallèles à l'axe c qui absorbent l'onde hyperfréquence incidente, et que les spectres ESR enregistrés peuvent être interprétés dans le cadre du modèle de Dyson correspondant. Sur la base de ce modèle nous proposons une procédure expérimentale permettant de déterminer les caractéristiques dynamiques des porteurs dans les composés accepteurs : la conductivité électrique suivant l'axe perpendiculaire aux plans graphitiques, σc, la constante de diffusion planaire Da et le temps de relaxation T2. Pour tester la validité du modèle théorique, nous avons étudié systématiquement les effets des dimensions réduites de l'échantillon (dimension géométrique sur épaisseur de peau) sur la forme de raie. Plusieurs échantillons de C8AsF5 de différentes tailles ont été étudiées entre 10 et 300 K. Pour modifier indépendamment l'épaisseur de peau, nos mesures ont été effectuées à v = 4 et 9 GHz. Les variations importantes de la forme de raie en fonction des dimensions de l'échantillon observées aux deux fréquences et leur complète interprétation dans le cadre du modèle théorique confirment sa validité et celle de la procédure proposée.