J. Phys. France 47, 1977-1988 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:0198600470110197700

Mössbauer absorption and emission experiments in CaF2(57Fe): relaxation and after-effect study

C. Garcin¹, P. Imbert¹, G. Jéhanno¹, J.R. Régnard², G. Férey³, M. Leblanc³ et A. Gérard<sup>4

1</sup>  DPh.G/SPSRM, C.E.N.-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
²  DRF/MDIH, C.E.N.-Grenoble, 85X, F-38041 Grenoble Cedex, France
³  Laboratoire des Fluorures et Oxyfluorures Ioniques (UA449), Université du Maine, 72017 Le Mans Cedex, France
⁴  Institut de Physique, B5, Université de Liège, 4000 Sart-Tilman, Belgique

Abstract
The entire Mössbauer absorption spectrum of 57Fe impurities in CaF2 and the main part of the emission spectrum of a CaF 2 (57Co) powder sample originate from substitutional Fe 2+ ions in cubic sites. A weak Fe1+ (3d7) charge state contribution is also detected in the emission spectra, but no Fe 3+ contribution is observed. Two long-lived excited electronic level contributions are evidenced out of the thermal equilibrium in the low temperature emission spectra of the cubic site Fe2+ ions. The first originates from the low energy spin-orbit triplet 5E - Γ4 (E ≈ 16 cm-1), whose relaxation properties are also analysed by absorption spectroscopy, and the second probably originates from the highly excited level 5T2 - Γ5g (E ≈ 5 000 cm-1).

Résumé
La totalité du spectre d'absorption Mössbauer d'impuretés de 57Fe dans CaF2 et la plus grande partie du spectre Mössbauer émis par une source de 57Co dans CaF2 (échantillon en poudre) proviennent d'ions Fe2+ substitués en site cubique. Une faible contribution provenant de l'état de charge Fe1+ (3d7) est également détectée dans les spectres d'émission, mais on n'y observe pas de contribution de type Fe3+. Le spectre émis par les ions Fe2 + en site cubique comporte à basse température deux contributions issues de niveaux électroniques excités, à long temps de vie, et peuplés hors équilibre thermique. La première de celles-ci émane du triplet de spin-orbit 5E-Γ4 de faible énergie (E ≈ 16 cm-1), dont les propriétés de relaxation ont été analysées d'autre part en spectrométrie d'absorption. La seconde émane probablement du niveau excité 5T2 - Γ5g de grande énergie (E ≈ 5 000 cm-1).

PACS
7170E - Spin-orbit coupling, Zeeman and Stark splitting, Jahn-Teller effect.
7680 - Mössbauer effect; other gamma-ray spectroscopy.

Key words
calcium compounds -- iron -- Mossbauer effect -- spin orbit interactions