Photoluminescence of EuSe and the magnetic polaron model

Abstract

We report on extensive new measurements relating to the near-infrared photoluminescence of EuSe first reported by Busch and Wachter in 1966. The emission and excitation spectra are obtained as functions of temperature and external magnetic field. The total red shift is 0.13 eV in the excitation spectrum (in good agreement with the absorption-edge shift), and 0.25 eV in the emission spectrum. At 4.3°K an external magnetic field of 11 kOe quenches the yield to about 30% of its field-free value. The experimental results are discussed in relation to photoconductivity and optical absorption measurements. An intrinsic and localized model for the luminescence is proposed, in which the emission takes place by radiative recombination of a localized magnetic polaron with a hole in the europium 4f-shell.

Zusammenfassung

Wir berichten über neue Messungen der von Busch und Wachter 1966 gefundenen Photoluminescenz von EuSe. Dabei wurde sowohl das Emissions- als auch das Anregungsspektrum in Abhängigkeit der Temperatur und eines äußeren Magnetfeldes untersucht. Die totale Rotverschiebung im Anregungsspektrum beträgt 0,13 eV und ist damit in guter Übereinstimmung mit der Verschiebung der Absorptionskante. Die Emissionsbande zeigt eine maximale Rotverschiebung von 0,25 eV. Bei 4,3°K hat ein äußeres Magnetfeld von 11 kOe zur Folge, daß die Quantenausbeute auf 30% ihres feldfreien Wertes reduziert wird. Die experimentellen Ergebnisse werden im Zusammenhang mit Messungen der Photoleitung und der optischen Absorption diskutiert, und es wird ein lokalisiertes Modell für die Luminescenz vorgeschlagen, in welchem die Emission durch radiative Rekombination eines lokalisierten magnetischen Polarons mit einem Loch in der 4f-Schale des Europiums zustande kommt.

Résumé

La photoluminescence de EuSe découverte par Busch et Wachter en 1966 est ici l’object de nouvelles mesures plus approfondies. Les spectres d’émission et d’excitation sont obtenus en fonction de la température et d’un champ magnétique appliqué. Dans le spectre d’excitation nous trouvons un déplacement de 0.13 eV vers le rouge, ce qui est en accord avec les mesures de limite d’absorption optique. En émission le déplacement total est de 0.25 eV. A 4.3°K un champ magnétique de 11 kOe réduit le rendement quantique à 30% de sa valeur à champ zéro. Les résultats sont discutés en tenant compte des mesures de photoconductibilité et d’absorption optique. Un model intrinsèque et localisé de la luminescence est proposé, dans lequel l’emission provient de la recombination de “polarons magnétiques localisés” avec des trous dans la couche 4f de l’europium.