Electronic properties of the Fe2+ ion in CaF2 from Mössbauer and far infrared spectroscopy

The system CaF2 : Fe2+ has been studied by Mössbauer spectroscopy in the slow relaxation regime (4.2-14 K). Far infrared experiments have been performed in the 1.5-35 K temperature range and at 1.5 K in an external magnetic field up to 8 T. From both Mössbauer and far infrared results, one can deduce that the average distance between the spin-orbit levels within the Eg state is K = 17 cm-1. This value lies in the typical range 10-20 cm-1 predicted by Ham. From this measure of K, we propose for the distance Δ between the Eg and T2g orbital states the calculated value Δ = 5 320 cm-1. We conclude that crystal field theory alone can account for the electronic properties of the 5Eg ground state and consequently dynamical Jahn-Teller effects can be neglected.Le système CaF2 : Pe2+ a été étudié par spectroscopie Mössbauer dans la zone de relaxation lente (4,2-14 K). Des expériences de spectroscopie infrarouge lointain ont été réalisées entre 1,5 et 35 K et en présence de champs magnétiques allant jusqu'a 8 T à 1,5 K. A partir de l'ensemble des résultats obtenus par spectroscopie Mössbauer et infrarouge lointain, on peut déduire que la distance moyenne entre les niveaux spin-orbite issus du doublet fondamental Eg est K = 17 cm-1. Cette valeur située entre 10 et 20 cm-1 est en accord avec les prédictions de Ham. A partir de cette mesure de K, on propose une estimation de la distance Δ entre les états orbitaux Eg et T2g : Δ = 5 320 cm-1. La théorie du champ cristallin suffit à rendre compte des propriétés électroniques à l'intérieur du doublet orbital fondamental 5Eg et par conséquent l'effet Jahn-Teller dynamique peut être ici négligé en première approximation