The Influence of “Rotational” Lattice Deformation States on the F Center Emission

Recent ENDOR measurements of the relaxed excited state of the F center indicate that this state is p like. Previous theories of the temperature dependence of the radiative lifetime of the F center and of the Stark effect in emission are based on the assumption that the excited state is s like with an admixture of the p like states produced by the interaction with Γ modes. The present model supposes instead an extended p like excited state and a large lattice relaxation of Γ symmetry. The electronic state and the associated lattice are described by an appropriate vibronic state. It is assumed that a series of rigid rotator “rotational” states can be associated with each of the forementioned vibronic states. These “rotational” states are interpreted as describing the rotation of the center of mass of the nearest neighbour ions around the geometrical center of the vacancy. The Stark effect can be explained as having both an electronic and an ionic component. The latter is very much enhanced by the local electric field produced by the change of the electronic charge distribution resulting from the applied field. The ionic contribution to the Stark effect is larger than the electronic one. The changes of lifetime produced by the applied field do not depend on the direction of polarization of the emitted light in agreement with the experimental result. The major difficulty of the model is that it predicts no polarization of the emission. This is contrary to the experimental result. To explain the observed effect a selective population of some of the pi states must be assumed during lattice relaxation in a crystal subject to an external electric field. Des recentes mesures ENDOR de l'etat excite relaxe du centre F indiquent que cet etat est du genre p. Les modeles precedents ont expliques soit la variation de la duree de vie des centres F avec la temperature que les resultats de l'effet Stark en supposant que la function d'onde du centre F est principalement avec un certain melange d'etat p produit par des modes de deformation Γ du reseau. Le modele que nous proposons suppose au contraire que l'etat excite relaxe soit essentiellement p et qu'une forte deformation du reseau dont la symmetric est Γ soit associee a cet etat. La fonction d'onde correspondante decrit un etat vibronique. Nous supposons en outre que nous pouvons associer une serie d'etats du roteur rigide a chacun des susdits etats vibroniques. Nous interpretons ces etats “rotationels” comme une indication d'une rotation du centre de massedes ions premiers voisines du centre F autour du centre geometrique de la lacune. L'effet Stark peut ectre explique comme ayant une eomposante electronique et une composante ionique qui est amplifiee par le champ local resultant du changement de la distribution de charge electronique produit par le champ electrique applique. La contribution ionique a l'effet Stark est plus grande que la contribution e1ectronique. II en resulte que les changements de la duree de vie produits par le champ electrique ne dependent pas de l'etat de polarization de la lumiere emise, ce qui est en accord avec l'experience. La plus grande difficultee du modele est qu'en consequence on s'attend un taux de polarization nul de la luminescence, ce qui est en contradiction avec l'experience. Pour expliquer 1es resultats experimentaux il est necessaire de supposer que pendant la relaxation du reseau dans un champ electrique exterieur certains des etats Pi du centre F sont peuples selectivement.