Conduction electron spin-flip scattering by impurities in copper

Abstract
We have measured the concentration dependence of the transmission conduction electron spin resonance linewidth of copper doped with Li, Zn, Ga, Ge, As, Ni, and Ti. In each case, we find a linear concentration dependence which allows us to determine a spin-flip cross-section, σsf, for each impurity. These cross-sections, together with those deduced from linewidth data previously published for other impurities (both magnetic and not), form a useful body of results and allow one to test spin-flip scattering models. We find an overall agreement of our values for σsf for transition metal impurities with estimates based on the Friedel virtual bound state model, including a spin-orbit interaction. For specific impurities (Zn, Ga, Ge, and As) we find that σ sf is determined by the charge contrast between the impurity and the copper host as was noted earlier from similar studies based on Li and Na by Asik, Ball, and Slichter. A particular situation is present with Li as an impurity in copper, interpreted as a « spin-orbit hole », which, together with the other results, confirm that the spin-orbit difference between the impurity and the host is the relevant spin-orbit parameter for σsf.

Résumé
Nous avons mesuré la largeur de raie de la résonance de spin des électrons de conduction du cuivre en fonction de la concentration des impuretés suivantes : Li, Zn, Ga, Ge, As, Ni et Ti. Dans chaque cas nous trouvons une variation linéaire avec la concentration des impuretés, ce qui nous permet de déterminer pour chacune la section efficace de spin-flip σsf. Cet ensemble de données, ainsi que celles publiées par ailleurs, permettent de tester utilement les modèles de diffusion avec spin-flip. Nous trouvons un accord général assez bon avec le modèle d'états liés virtuels (contenant une interaction spin-orbite) pour les métaux de transition. En ce qui concerne la série (Zn, Ga, Ge et As), nous confirmons l'effet de contraste de charge déjà étudié sur des alliages à base de Li par Asik, Ball et Slichter. Une situation particulière existe lorsque le Li est en impureté dans la matrice de cuivre. Dans ce cas nous interprétons nos résultats par l'existence d'un « trou de spin-orbite », ce qui confirme que le paramètre important est la différence de couplage spin-orbite entre l'impureté et la matrice comme d'autres résultats l'ont invoqué précédemment.