J. Phys. France 49, 1179-1193 (1988)
DOI: 10.1051/jphys:019880049070117900

Acoustical study of tunneling states in magnetic rare-earth glasses : wave propagation and phonon echoes

F. Lerbet et G. Bellessa

Laboratoire de Physique des Solides, Bâtiment 510, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
An acoustical study of tunneling states in aluminosilicate glasses with various holmium contents is reported. The measurements are performed down to 10 mK, in the frequency range 10-500 MHz and in magnetic fields up to 60 kOe. The coupling parameters of the tunneling states are obtained from the sound velocity measurements and from the self induced transparency. The linewidth is obtained from the free precession of the tunneling states and from hole burning experiments. Phonon echoes are observed in samples with various holmium contents, with and without magnetic field. The echo amplitude increases by a factor of 3 as the magnetic field increases from 0 to 60 kOe. The transverse relaxation time T2 is obtained from the spontaneous phonon echoes and the stimulated phonon echoes allow us to reach the longitudinal relaxation time T1. The latter is also obtained from saturation recovery experiments. Lastly, an experiment of spectral diffusion is reported. Our experimental results show that the static parameters of the tunneling states (deformation potential and density of states) change with the magnetic-ion content (between 1.5 % and 10.1 %) but are not changed when a magnetic field (up to 60 kOe) is set up. On the contrary, the relaxation times T1 and T2 are roughly the same whatever the magnetic-ion content and T1 increases by a factor of 6 as the magnetic field increases from 0 to 60 kOe. The relaxation of the tunneling states by the rare-earth ions is considered.

Résumé
Nous présentons une étude acoustique des états tunnel dans des verres d'aluminosilicate d'holmium. Les mesures sont faites jusqu'à 10 mK, dans le domaine de fréquences 10-500 MHz et en champ magnétique pouvant atteindre 60 kOe. Les paramètres de couplage des états tunnel sont obtenus à partir des mesures de vitesse du son et de la transparence auto-induite. La largeur de raie est obtenue à partir de la précession libre des états tunnel et d'expériences de hole burning. Des échos de phonons sont observés dans des échantillons de différentes teneurs en holmium, avec et sans champ magnétique. L'amplitude de l'écho augmente par un facteur 3 quand le champ magnétique croit de 0 à 60 kOe. Le temps de relaxation transverse T2 est obtenu à partir des échos spontanés et les échos stimulés permettent d'accéder au temps de relaxation longitudinal T1. Ce dernier est aussi obtenu à partir d'expériences de désaturation. Enfin, une expérience de diffusion spectrale est présentée. Nos résultats expérimentaux montrent que les paramètres statiques des états tunnel (potentiel de déformation et densité d'état) changent avec la teneur en ions magnétiques (entre 1.5 % et 10.1 %), mais ne changent pas en présence d'un champ magnétique (jusqu'à 60 kOe). Au contraire, les temps de relaxation T1, et T2 sont approximativement les mêmes quelle que soit la teneur en ions magnétiques et T 1 augmente par un facteur 6 quand le champ magnétique croît de 0 à 60 kOe. La relaxation des états tunnel par les ions magnétiques est envisagée.

PACS
6265 - Acoustical properties of solids.
6350 - Vibrational states in disordered systems.
7550K - Amorphous and quasicrystalline magnetic materials.
7580 - Magnetomechanical and magnetoelectric effects, magnetostriction.

Key words
acoustic wave velocity -- aluminosilicate glasses -- holmium compounds -- magnetic properties of amorphous substances -- magnetoacoustic effects -- tunnelling -- vibrational states in disordered systems