J. Phys. France 46, 1709-1716 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460100170900

Magneto-optical evidence of magnon sidebands in Cs3CoCl5

J.C. Rivoal, C. Grisolia, J.P. Torre et M. Vala

Laboratoire d'Optique Physique, ESPCI, ER 5-CNRS, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris, France

Abstract
A magneto-optical study of the spin-forbidden 4A2 → 2E transition of Cs3CoCl5 below its antiferromagnetic ordering temperature ( TN = 0.52 K) has been conducted under high resolution conditions using a new type of He3 optical cryostat. Our experimental results are in agreement with those observed previously but cannot be interpreted by using the single ion model. Careful analysis of the temperature variation of both absorption and magnetic circular dichroism spectra, between 0.8 TN and 50 TN, leads to the conclusion that the spin forbiddeness is removed via an exchange induced electric dipole mechanism. The experimentally deduced exchange energy |J'/ k| = 0.11 K is in agreement with the known value J'/k = - 0.111 K and the zero field splitting of the 2E state is less than 1 cm-1 instead of the 28 cm-1 value deduced from the single ion model.

Résumé
Nous effectuons une étude magnétooptique à haute résolution et en utilisant un nouveau type de cryostat optique He3 de la transition interdite de spin 4A2 → 2E de Co2+ dans Cs3CoCl5. Nos résultats expérimentaux étendus jusqu'à une température inférieure à la température d'ordre du cristal (TN = 0,52 K) sont en accord avec ceux précédemment obtenus à plus haute température mais ne peuvent être interprétés en utilisant le modèle de l'ion simple. L'étude détaillée de la variation de l'intensité d'absorption et du dichroisme circulaire magnétique des différentes raies, en fonction de la température (entre 0,8 et 50 fois TN), montre que le mécanisme dipolaire électrique d'échange est à l'origine de la levée d'interdiction de la transition. L'énergie d'échange déduite de nos expériences |J'/k| = 0,11 K est en accord avec la valeur connue J'/k = - 0,111 K. La séparation en champ nul de l'état excité 2E est moins de 1 cm-1 au lieu de la valeur 28 cm-1 estimée en utilisant le modèle de l'ion simple.

PACS
7530D - Spin waves.
7820L - Magnetooptical effects.

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- caesium compounds -- exchange interactions electron -- magnetic circular dichroism -- magneto optical effects -- magnons