J. Phys. France 26, 717-735 (1965)
DOI: 10.1051/jphys:019650026011071700

Impurity induced first order Raman scattering of light byalkali-halide crystals

Nguyen Xuan Xinh¹, A.A. Maradudin¹ et R.A. Coldwell-Horsfall<sup>2

1</sup>  Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh, Pennsylvania, 15235 U. S. A.
²  8000 Lakecrest Drive, Greenbelt, Maryland, U. S. A.

Abstract
When an impurity ion is introduced substitutionally into one of the sublattices of an alkali-halide crystal, its neighbors are no longer at centers of inversion symmetry. A non-vanishing first order electronic polarizability is thereby induced in the crystal, which gives rise to a first order Raman scattering of light. We present the theory of such an impurity induced first order Raman effect in crystals of the rocksalt structure. The form of the electronic polarizability tensor is determined from symmetry and general invariance conditions. The non-zero elements are left as parameters in the theory, to be determined from a comparison of theory with experiment. The dependence of the Raman spectrum on the polarization of the incident and scattered light has been determined. The first order Raman spectrum of KCl containing U-centers (H- ions) as substitutional impurities in the Cl- sublattice has been computed numerically. The different mass of the U-center and the change in its coupling to its nearest neighbors, compared with that of the ion it replaces, were taken into account in these calculations. The resulting spectrum is continuous and non-zero in the range of frequencies allowed to the normal modes of the perfect host crystal. It displays structure associated with a resonance mode in the acoustic continuum, but not with localized modes, which are inactive in first order scattering.

Résumé
Si l'on introduit par substitution une impureté dans un des sous-réseaux d'un cristal d'halogénure alcalin, ses voisins ne sont plus des centres de symétrie. On produit ainsi une polarisabilité électronique du premier ordre non nulle dans le cristal, qui donne une diffusion Raman du premier ordre. Nous proposons une théorie de cet effet dans les cristaux de la structure du sel marin. La forme du tenseur de polarisabilité électronique est imposée par la symétrie et les conditions générales d'invariance. Les éléments non nuls sont conservés comme paramètres à déterminer par comparaison avec l'expérience. On donne la relation entre le spectre Raman, la polarisation de la lumière incidente, et celle de la lumière diffusée. On a fait le calcul numérique du spectre Raman du premier ordre de KCl contenant des centres U (ions H-) comme impuretés dans le sous-réseau Cl-. On a tenu compte, dans ce calcul, de la masse différente des centres U, et du changement de leur couplage avec les plus proches voisins par rapport à celui des ions qu'ils remplacent. Le spectre qui en résulte est continu et non nul dans la série des fréquences permises du cristal parfait accepteur. Il présente une structure associée à un mode de résonance dans le continuum acoustique, mais pas aux modes localisés, qui sont inactifs pour la diffusion du premier ordre.

PACS
78 - Optical properties, condensed-matter spectroscopy and other interactions of radiation and particles with condensed matter.

Key words
alkali metal compounds -- crystal defects -- potassium compounds -- Raman spectra -- light scattering