J. Phys. France 43, 1267-1281 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:019820043080126700

Exciton dynamics and energy transfers in pure CsMnF3

R. Moncorgé¹, B. Jacquier¹, C. Madej¹, M. Blanchard¹ et L.C. Brunel<sup>2

1</sup>  ER N° 10 du C.N.R.S., Université Lyon I, 69622 Villeurbanne, France
²  Service National des Champs Intenses, C.N.R.S., 38042 Grenoble, France

Abstract
We report the spectral and time characteristics of the fluorescence of CsMnF3. The weak intrinsic fluorescence in nominally pure samples is analysed with time resolved techniques showing the energy transfer processes from exciton to fluorescing traps. By applying either a uniaxial stress along the Mn2-Mn1 direction or a high magnetic field in the basal plane we are able to monitor the efficiency of this energy transfer. Moreover a non linear exciton decay channel is observed for exciton densities up to 1018 cm-3. Assuming an exciton-exciton interaction mechanism, the collision parameter PB is used to estimate an effective diffusion coefficient D ˜ 10-8 cm2 S-1. The validity of the exciton model is then discussed, and the results obtained on CsMnF3 are shown to be consistent with the ones known on MnF2. Finally a description of the propagation of the excitation involving the exchange interaction between third nearest neighbour Mn2 ions having parallel spins is proposed, in agreement with the stress and high magnetic field data.

Résumé
Les caractéristiques spectrales et temporelles de la fluorescence du composé CsMnF3 sont présentées. L'analyse de la faible émission intrinsèque du matériau pur par la technique de la spectroscopie résolue dans le temps montre l'existence du transfert d'énergie de l'exciton vers les pièges fluorescents. On fait varier l'efficacité de ce transfert en appliquant : soit une contrainte uniaxiale suivant une direction Mn2-Mnl, soit un champ magnétique intense dans le plan des spins. On observe en outre que la non-exponentialité de la décroissance de fluorescence excitonique augmente pour des densités d'exciton allant jusqu'a 1018 cm-3. En supposant un mécanisme d'interaction exciton-exciton, le paramètre de collision PB nous permet d'évaluer un coefficient de diffusion effectif D ˜ 10-8 cm2 S-1 . La validité du modèle excitonique est montrée et les résultats ainsi obtenus sont comparés aux données connues sur MnF2. Enfin, en accord avec les mesures sous contrainte ou champ magnétique, on propose une description de la propagation de l'énergie d'excitation faisant intervenir l'interaction d'échange entre ions Mn2 troisiemes voisins de spins parallèles.

PACS
7135 - Excitons and related phenomena.
7820H - Piezo-, elasto-, and acoustooptical effects; photoacoustic effects.
7820L - Magnetooptical effects.
7855H - Other solid inorganic materials.

Key words
caesium compounds -- excitons -- fluorescence -- luminescence of inorganic solids -- magneto optical effects -- manganese compounds -- piezo optical effects