J. Phys. France 37, 603-610 (1976)
DOI: 10.1051/jphys:01976003705060300

Crystalline field parameters of Cr2+ and Cr4+ in corundum

J. Pontnau et R. Adde

Institut d'Electronique Fondamentale, Bâtiment 220, Université Paris XI, 91405 Orsay, France

Abstract
The main purpose of this paper is to evaluate the crystalline field parameters (B, C, Dq, v, v') of the Cr2+(3d 4) and Cr4+(3d2) ions in corundum. The lack of experimental data and the failure of calculations based on the conventional crystal model led to an indirect determination. The published optical data for the 3dn ions in the αAl2O3 lattice that is known with sufficient accuracy is discussed. From these results the variation of the parameters is obtained as a function of the electronic charge within the electronic series and the optical parameter values of the Cr4(3d2) and Cr2+(3d4) in the same lattice are evaluated. The additional absorption bands in irradiated ruby are discussed. The trigonal field parameters of V3+ and Cr4+ ions are shown to be in good agreement with the ground state splitting of both ions.

Résumé
L'objectif principal de cet article est l'évaluation des paramètres de champ cristallin (B, C, Dq, v, v') pour les ions Cr 2+(3d4) et Cr4+(3d2) dans le corindon. L'absence de données expérimentales et les résultats médiocres obtenus avec le modèle de champ cristallin utilisé de façon conventionnelle ont conduit à en effectuer une détermination indirecte. En premier lieu, parmi les résultats optiques publiés qui concernent les ions 3dn dans le réseau cristallin d'αAl2O 3 ceux ayant des données optiques connues avec une précision suffisante ont été sélectionnés ou discutés si nécessaire. A partir de ces résultats la variation des paramètres optiques pour des séries d'ions isoélectroniques a été déduite ; les paramètres optiques des ions Cr4(3d2) et Cr2+(3d4) dans le même réseau cristallin ont alors été évalués. L'appartenance des bandes additionnelles du rubis irradié est discutée. Il est également montré que les valeurs obtenues des paramètres du champ trigonal des ions V3+ et Cr4+ expliquent de façon satisfaisante la séparation en énergie de l'état fondamental de ces deux ions.

PACS
7155 - Impurity and defect levels.
7170C - Crystal and ligand fields.
7155 - Impurity and defect levels.

Key words
aluminium compounds -- chromium -- crystal internal fields -- impurity electron states and effects -- visible and ultraviolet spectra of inorganic solids