Numéro
J. Phys. France
Volume 36, Numéro 11, novembre 1975
Page(s) 1151 - 1163
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0197500360110115100
J. Phys. France 36, 1151-1163 (1975)
DOI: 10.1051/jphys:0197500360110115100

Relaxation study of a 3d5 ion in Td symmetry : Mn+ + in Zns

A. Deville, C. Blanchard, B. Gaillard et J.P. Gayda

Département d'Electronique Université de Provence, Centre de Saint-Jérôme 13397 Marseille Cedex 4, France


Abstract
The relaxation behaviour of Mn2+ in cubic ZnS has been studied between 1.3 and 135 K, at 9.3 GHz, with a pulse saturation method. At low temperatures, the variation of the recovery signal with the saturating pulse duration indicates that the system acquires a spin-temperature before relaxing. The diffusion process maintaining the spin-temperature is temperature independent and has a time constant TD = 0.5 ms. Complementary studies using a fast field sweep technique confirm that the whole system of 30 EPR lines acquires a spin temperature. When T < 10 K, relaxation takes place via a direct process, and T1 T = 1.18 Ks. When T1 > 10 K, we observe a Raman process (1/T1 ∝ T I 6 (168/T)). In the case of the direct process, relaxation is well described by a dynamic hamiltonian deduced from uniaxial stress measurements. A determination of the Raman contribution to relaxation made with Van Vleck's normal mode formalism leads to a T1 value which is an order of magnitude greater than the experimental value. In both cases tranverse phonons are the most efficient.


Résumé
On a étudié la relaxation de l'ion Mn2+ dans ZnS cubique entre 1,3 et 135 K, à 9,3 GHz, par une technique d'impulsion saturante. A basse température, la variation du signal de retour à l'équilibre en fonction de la durée de l'impulsion saturante montre que le système acquiert une température de spin avant de relaxer. Le processus de diffusion qui maintient cette température de spin ne dépend pas de la température ; il a une constante de temps TD = 0,5 ms. Des études complémentaires avec une technique de balayage rapide en champ magnétique confirment que l'ensemble des 30 raies R.P.E. acquiert une température de spin. Quand T < 10 K, la relaxation est assurée par un processus direct et T1 T = 1,18 Ks. Quand T1 > 10 K, on observe un processus Raman (1/ T1 α T7 I6 (168/ T)). Dans le cas du processus direct, un hamiltonien dynamique, établi à partir de mesures sous contrainte uniaxiale, rend bien compte de la relaxation. Une détermination de la contribution Raman à la relaxation a été effectuée avec le modèle des modes normaux de vibration de Van Vleck ; elle fournit une valeur de T1 qui est d'un ordre de grandeur supérieure à la valeur expérimentale. Dans les deux cas, les phonons transverses sont les plus efficaces.

PACS
7630F - Iron group (3d) ions and impurities (Ti-Cu).

Key words
manganese -- spin lattice relaxation -- zinc compounds