J. Phys. France 35, 49-65 (1974)
DOI: 10.1051/jphys:0197400350104900

Dynamics of an octahedral Cu2+ jahn-teller system. consequences on its electron spin resonance

Le Si Dang¹, R. Buisson¹ et F.I.B. Williams<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Spectrométrie Physique, Université Scientifique et Médicale de Grenoble, France
²  Service de Physique du Solide et de Résonance Magnétique, Orme des Merisiers, Commissariat à l'Energie Atomique, BP 2, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
The Cu2+(H2O)6 complex in zinc fluosilicate is subject to a « static » Jahn-Teller effect. It is well known that its spin resonance spectrum changes from one of tetragonal symmetry at low temperatures to become isotropic at high temperatures. We have made a detailed experimental study of this transition between 1.2 K and 80 K and compared the observations with the spectral features worked out from a model where the crystal vibrations cause the complex to reorient between the three strain stabilised tetragonal distortions. The model accounts very well for the observations without having to invoke excited levels. The reorientation rate 1/τ ~ 1.2 x 105 T3 s-1 was deduced from line broadening for 4.2 < T < 18 K and its extrapolation to higher temperatures confirmed by comparison with theoretically reconstructed spectra for H along < 100 > and < 111 > directions. The spin lattice relaxation time 1/T1 ~ 800 T3s-1 for 1.2 < T < 4.2 K. The « isotropic » spectrum shows a small trigonal anisotropy from which we estimate the parameters describing the trigonal component of the crystal field and calculate their effect in the low temperature region.

Résumé
La déformation du complexe Cu2+(OH2)6 résultant de l'effet Jahn-Teller et le saut d'une déformation à une autre sont étudiés expérimentalement à partir de plusieurs de leurs conséquences : temps de relaxation spin-réseau, élargissement des raies de résonance, modification du spectre RPE en fonction de la température. La vitesse de saut d'une déformation à l'autre déduite des mesures de l'élargissement des raies et le temps de relaxation spin-réseau varient tous les deux avec la température selon une loi en T 3. L'évolution du spectre RPE avec la température est étudiée attentivement pour plusieurs orientations du champ magnétique jusqu'à disparition du spectre anisotrope et apparition du spectre isotrope. Les résultats des mesures du temps de relaxation et de la vitesse de saut s'expliquent bien à partir d'un travail précédent. Une théorie des conséquences sur le spectre RPE des sauts est faite à l'aide d'une théorie stochastique. Après une description de l'évolution du spectre d'un système simple, le cas plus compliqué du système Cu2+ (OH2)6 est traité et les résultats de cette théorie permettent d'expliquer les observations expérimentales de façon très satisfaisante.

PACS
7630 - Electron paramagnetic resonance and relaxation.

Key words
copper -- crystal hyperfine field interactions -- Jahn Teller effect -- paramagnetic resonance of ions -- spin lattice relaxation -- zinc compounds