n ÞV R Ë õ u § ‰ ¾ß à ŠT à X Ø© Ž 5 8 ý S = 1ß Ã Å Œ Ÿ «ã _ Ë ú n ÞÅ k È8 ý  ¹ Å M Œ Ÿ «ã _ Ë Ž ì ŏ Œ

ú

n ÞV R Ë õ u § ‰ ¾ß à Š T  à X Ø© Ž 5 8 ý S = 1ß Ã Å Œ Ÿ «ã _ Ë ú n ÞÅ k È8 ý  ¹ Å   M  Œ Ÿ «ã _ Ë Ž ì ŏ Œ



™ »U ¬ £ ^∗ · ‚ Ð) ç ‡ Ú ^†

“

¦ 9@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , " fÖ  ¦ 136-701

ƒ

‘

š G ž B­ £

"

fÖ  ¦ “ §¹ ¢ ¤ @ /† < Ɠ § õ † < Ɠ §¹ ¢ ¤ õ , " fÖ  ¦ 137-742 (2009¸   1 Z 4 30{ 9  ~ à Î6 £ §)

10

¹⁸

×  æ$ í  /cm

²

_  [ jl – Ð ¥ ¸# Œï  r …  ;ƒ    s   7 H × ¼ ? /_  „   Û ¼— 2 ;s  1“   / B N" î ×  æd ” [ þ t`  ¦ „      l

 / B N" î ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð › ¸  % i  . Rlõ  R2– Ð Ô  ¦ o   H / B N" î ×  æd ” [ þ t“ É r % ò  l  © œ ° ú ˜ t l  † ½ Ó_  D ° ú כ“ É r ° ú  

“

¦ Å Ò» ¡ ¤ _  ~ ½ ӆ ¾ Ós  " f– Ð   É r  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦÷ &% 3 “ ¦, & h    † < Ês    ½ + ˝ ) a + þ AI – Ð" f Û ¼— 2 ;s  1“   / B N" î ×  æd ” [ þ t

–

Ð · ú ˜ 94 R e ”  . R2 / B N" î ×  æd ” _   â Ä º\  ’    ñ_  [ jl   H ² D G ™ è  © œ $ í ^ ‰ ° ú   H Curie Z O g Ë :`  ¦  Ø Ôt 

· ú

§€ Œ ¤ . ¢ ¸ô  Ç ˜ Ð$ 3  ¾ ¡ §| 9 _   s   7 H × ¼  H ‚  + þ A& h “   \ P Ø Ÿ ‚ ½ Ó`  ¦   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ” Ü ¼
, 100 K\ " f 190 K  s _  “ : r • ¸# 3 0 A\ " f D ° ú כ_  “ : r • ¸_ ” > r$ í z  ´+ « >  õ   H R2 / B N" î ×  æd ”  Â Ò   H \ " f ² D G ™ è& h Ü ¼– Ð Ã º

»

¡

¤   H  כ Ü ¼– Ð K $ 3  ) a  . ¢ ¸ô  Ç R2 / B N" î ×  æd ” _   â Ä º\  ’    ñ_  [ jl   H €  • 270 K   H % ƒ\ " f þ j@ /s % 3 



. s    z  ´+ « >  õ [ þ t – РÒ'  R2 / B N" î ×  æd ” s  \ P & h Ü ¼– Ð [ þ t›  H 4 Ÿ ¤ ½ + Ë ×  æd ” s    H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i  .

PACS numbers: 61.72.Ji, 61.18.Fs, 61.72.Hh, 61.80.Hg Keywords: „    l / B N" î ,  s   7 H × ¼, ×  æ$ í   › ¸ ,   † < Ê

I. " e  ] Ø



s   7 H × ¼ é ß –  & ñ “ É r ò ø ͙ è 1 l x ™ è^ ‰_  
– Ð" f  © œ“ : r \ 

"

f  H V , “ É r \  -t  { \  ¦ ° ú   H ì ø ͕ ¸^ ‰– Ð · ú ˜ 94 R e ” “ ¦,   

&

ñ 5 Å q \  y Œ •7 á x       † < Ês 
 | 9 ™ è ¢ ¸  H ½ ©™ è 1 p x _  Ô  ¦í  HÓ ü t s

 † < ÊÄ »÷ &# Q  ü @‚  , r  F  g‚  , & h ü @‚  `  ¦ f . ¨ à º “ ¦ + þ AF  g

`

 ¦ µ 1 Ï   H X <   † < Ês  ×  æ כ ¹ô  Ç % i ½ + É`  ¦ ô  Ç  [1].  ƒ  í ß –   s

  7 H × ¼   & ñ ? /\  ” > r F    H   † < Êõ  ×  æ$ í  
 „   \  ¦

›

¸  # Œ µ 1 ÏÒ q tô  Ç   † < Ê[ þ t \  › ' a ô  Ç ƒ  ½ ¨ ´ ú §s  ˜ Г ¦÷ &% 3 



 [2]. : £ ¤ y  ×  æ$ í   › ¸   ) a  s   7 H × ¼_  „    l / B N

"

î (Electron Magnetic Resonance, EMR) z  ´+ « >“ É r 1955¸  

\

 % ƒ6 £ § Ü ¼– Ð ˜ Г ¦  ) a [3] s A – Ð C ? /  † < Ê\  › ' a ô  Ç ´ ú §“ É r ƒ  

½

¨ ' Ÿ K & ’ Ü ¼
, / B N" î ×  æd ” _  " é ¶  & h  — ¸+ þ A\  @ /K  " f– Ð



Ø Ô>  ˜ Г ¦ô  Ç  â Ä º• ¸ e ”   [4–9].



s   7 H × ¼ ? /\  ” > r F    H ´ ú §“ É r “ ¦Ä »  † < Ê ×  æ \ " f R1, R2, R3, R4(W6)   † < Ê / B N" î ×  æd ” [ þ t“ É r  © œ“ : r \ " f „   



l / B N" î Ü ¼– Ð › ' a8 £ ¤ ) a  “ ¦ · ú ˜ 94 R e ”   [9]. s [ þ t ×  æ Faulkner ü < Lomer µ 1 Ï| ô  Ç R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” “ É r % ò



l  © œ ° ú ˜ t l (Zero Field Splitting, ZFS) † ½ Ó_  D ° ú כ

“ É

r ° ú  “ ¦ Å Ò» ¡ ¤ _  Z» ¡ ¤ ~ ½ ӆ ¾ Ós  y Œ •y Œ • [994]ü < [001]“    כ Ü ¼

∗

‰ & ³Å ҙ è:   “ ¦ _ …ß ¼Z  t – Ðt Û ¼, í ß –  ñ[ j, Ö “ qo Ÿ ím  , p ² D G

†

E-mail: [email protected]

–

Ð ] jî ß –÷ &# Q e ”   [4]. s [ þ t“ É r é ß –{ 9  ‘   o (sing1e va- cancy) ü < s ×  æ ‘   o (di-vacancy), é ß –{ 9  ‘   o ü < s ×  æ

"

é

¶  ç ß –  o (di-interstitial), ¢ ¸  H é ß –{ 9  ‘   o ü < s ×  æ Ô  ¦ í

 HÓ ü t(di-impurity) s    ½ + ˝ ) a + þ AI _  — ¸+ þ A`  ¦ ] jî ß – % i  .

ì

ø ̀   Kim 1 p x“ É r R2 / B N" î ×  æd ” \  @ /K " f ‘ì  r o   ) a [100] " é ¶



ç ß –  o (interstitial)’ — ¸+ þ A`  ¦ ] jî ß – % i   [10].

Õ

ª QÙ ¼– Ð ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H …  ;ƒ    s   7 H × ¼ r « Ñ\  ×  æ

$ í

 \  ¦ › ¸ r (  `  ¦ M : › ' a8 £ ¤ ÷ &  H R1 õ  R2 / B N" î ×  æd ” \ 

@

/ # Œ EMR Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 _  & ñ x 9 ô  Ç y Œ •• ¸ _ ” > r$ í z  ´+ « >õ  “ : r

•

¸ _ ” > r$ í z  ´+ « >`  ¦ : Ÿ x # Œ R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” _  " é ¶  & h 

—

¸+ þ A\  @ / # Œ · ú ˜ ˜ Г ¦  ô  Ç . ‘ : r ƒ  ½ ¨_  œ íl    õ   H

² D

G ] j† < ÆÕ ü t  r_ \ " f µ 1 ϳ ðô  Ç   e ”   [11].

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  6   x ) a  s   7 H × ¼   & ñ “ É r 1973¸   12 Z 4\ 

×

 æ$ í  \  ¦ › ¸ r †   IIa+ þ A  s   7 H × ¼– Ð" f r « Ñ_  ß ¼l   H 2.2 × 2.6 × 3.3 mm

³

s  9, › ¸ | ¾ ӓ É r 10

¹⁸

×  æ$ í  /cm

²

s 



.

EMR  © œu   H Bruker  _  ESP 300S ì  rF  g l \  ¦  6   x 

#

Œ X-band (9.4 GHz)ü < Q-band (34 GHz) % ò % i \ " f EMR

-563-

/

B N" î ’    ñ\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . / B N" î ’    ñ[ þ t _  y Œ •• ¸_ ” > r$ í s  & 

"

f & ñ S X ‰ ô  Ç EMR B > h © œÃ º\  ¦   & ñ l  0 A # Œ r « Ñ\  ¦   l

 © œ ~ ½ ӆ ¾ Ó\  @ / # Œ & ñ x 9  >  & ñ § > =r &   % i Ü ¼Ù ¼– Ð, C

€   ì ø Í  Laue  ”  l \  _ ô  Ç x-‚    r] X  ~ ½ ÓZ O `  ¦ s 6   x 

#

Œ r « Ñ_    & ñ » ¡ ¤`  ¦ S X ‰ “   % i  

105 K \ " f 354 K\  s Ø Ô  H “ : r • ¸ # 3 0 A\ " f / B N" î ’    ñ\  ¦ 8

£ ¤& ñ l  0 A # Œ X-band ì  rF  g l \  Bruker _  ER4111 VT\  ¦  6   x % i Ü ¼ 9, 1

^◦

C s ? /\ " f “ : r • ¸\  ¦ { 9 & ñ >  Ä » t

r ~  ´ à º e ” % 3  .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Ä

»´ ò Û ¼— 2 ;s  1s “ ¦ Ù þ ˜Û ¼— 2 ;s  0“    â Ä º Û ¼— 2 ; K x 9 ž Ðm  î

ß –“ É r d ”  (1)õ  ° ú  s  „    Zeeman † ½ Óõ  2  ZFSë ß – “ ¦ 9

€    ) a  .

H = β ~ B · g

^↔

· ~ S + ~ S · D

^↔

· ~ S (1)

#

Œl " f ' Í P : † ½ ӓ É r  © œ $ í s “ : r _  Zeeman † ½ Ós “ ¦ Ñ ü t P : † ½ Ó

“

É r 2  ZFS † ½ Ós  . ⍠ H Bohr  Õ ªW 1— : r s “ ¦, ~ B  H ü @ Ò



l  © œ, ~ S  H Ä »´ ò Û ¼— 2 ; 7 ˜' , g

^↔

  H ì  rF  g † < Æ& h  ì  r o “   – Ð

"

f J $ ™" f| ¾ Ós  . S = 1s “ ¦ g

^↔

ü < D

^↔

_  Å Ò» ¡ ¤ s  — ¸¿ º [001]

~

½ ӆ ¾ ÓÜ ¼– Ð { 9 u    H  â Ä º d ”  (1)õ  ° ú  s  Å Ò# Qt   H \  -t 

“

¦Ä »u  ë  H ] j  H s p  ¸ ú ˜ · ú ˜ 94 R e ” Ü ¼ 9, / B N" î  l  © œ ° ú כÜ ¼

–

РÒ'  D ° ú כ`  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  . 7 £ ¤,  l  © œ`  ¦   & ñ _  [001]

~

½ ӆ ¾ Ó\  ¨ î ' Ÿ  >   €   2> hm ”  [ j Z O _  / B N" î ’    ñ › ' a 8

£

¤ ÷ &  H X <, ¿ º Z O “ É r " f– Ð ×  æ^ o ?÷ &# Q — ¸¿ º 4> h_  ’    ñ\  ¦ % 3 



 H  . 4> h_  / B N" î  l  © œ ° ú כ ×  æ  © œ  H / B N" î  l  © œ ° ú כ`  ¦ B

d

  “ ¦  © œ  Œ •“ É r / B N" î  l  © œ ° ú כ`  ¦ B

a

  €  , D  H

D = gβ

2 (B

d

− B

a

) (2) s

  ) a   [12].

Figure 1 õ  2  H y Œ •y Œ • ×  æ$ í   › ¸   ) a  s   7 H × ¼   

&

ñ \  @ /K   l  © œ`  ¦ [001] ~ ½ ӆ ¾ Ó\  ¨ î ' Ÿ  >  K ï  r  â Ä º ü

<,  l  © œ`  ¦ [994] ~ ½ ӆ ¾ Ó\  ¨ î ' Ÿ  >  K ï  r  â Ä º\   © œ“ : r

\

" f % 3 “ É r Q-band % ò % i \ " f_  EMR Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  . Fig.

1 \ " f { 9   p ì  r+ þ A ’    ñ_  ‚  ; Ÿ ¤ s  2.5 mT\ " f 5.0 mTÜ ¼

–

Ð  © œ@ /& h Ü ¼– Ð V , “ ¦ þ j@ / ° ú ˜ f ” s  €  • 0.3 T“   4> h_  / B N

"

î ’    ñ  H R2 / B N" î ×  æd ” \ " f
š ¸  H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ” 

“

¦, Fig. 2\ " f ‚  ; Ÿ ¤ s  €  • 0.5 mTs “ ¦ þ j@ / ° ú ˜ f ” s  €  • 0.3 T“   ’    ñ  H R1 / B N" î ×  æd ” \  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ” 



 [4]. Õ ª ü @ 1.2 T   H % ƒ“   g 2.0“   Â Ò   H \  ´ ú §“ É r ’    ñ

 ×  æ^ o ?÷ &# Q l 2 Ÿ ¤ ÷ &% 3  .

g ° ú כs  2.0   H ~ ½ Ó\ " f › ' a8 £ ¤ ÷ &  H @ / Òì  r _  ’    ñ[ þ t“ É r  s 



 7 H × ¼ ? /_  & h    † < Ê\  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð Ä »´ òÛ ¼— 2 ;s  1/2“  

B ll [001]

it ] ^{[ ] Room temp.}

R2 center

b. un [ ar b

nsity Inte n gnal _{R1 center} 1

1.1 1.2 1.3

Si g

1.1 1.2 1.3 1.4

Magnetic Field [ T ]

1.4

Fig. 1. EMR spectrum measured with a Q-band fre- quency of 34 GHz for B k [001].

B ll [994]

Room temp Room temp.

nit ]

R2 center

b. u n y [ a r

R1 center

nsit y Inte gnal

1.1 1.2 1.3 1.4

Si

1.1 1.2 1.3

Magnetic Field [ T ]

1.4

Fig. 2. EMR spectrum measured with a Q-band fre- quency of 34 GHz for B k [994].

é

ß –{ 9  ‘   o \  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ˜ Г ¦  ) a   e ”   [13]. z  ´] j

–

Ð é ß –{ 9  ‘   o  ×  æ \ " f EMR z  ´+ « >Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ 0 p x ô  Ç / B N

"

î ×  æd ” “ É r V

⁺

ü < V e ”   H X <, Jahn-Te11er ´ òõ \  _ K  t

2

(  Œ ™×  æ † ½ Ó) C • ¸\  ~ Õ ª Qf ” s  Ò q t , V

⁺

  H [100] ~ ½ ӆ ¾ Ó\ 

@

/K  & ñ ~ ½ Ó @ /g A$ í `  ¦ ° ú   H ~ Õ ª Qf ” `  ¦
 ? /“ ¦, V  H & ñ

~ ½

Ó @ /g A$ í õ   Œ ™~ ½ Ó @ /g A$ í s  ™ D ¥ ½ + ˝ ) a ~ Õ ª Qf ” `  ¦ ° ú   H  

“

¦ ˜ Г ¦÷ &% 3   [14]. Õ ª QÙ ¼– Ð g ° ú כs  2.0 Â Ò   H \ " f › ' a8 £ ¤

÷

&  H ’    ñ[ þ t“ É r & h    † < ÊÜ ¼– Ð é ß –{ 9  ‘   o  V

⁺

 V\  _ ô  Ç

 כ

1 p x, & h    † < Ê\  _ ô  Ç  כ [ þ t s  . ¢ ¸ô  Ç ‘   o  Šҁ  \ " f ò

ø ͙ è 1 l x 0 A" é ¶ ™ è

¹³

C(I = 1/2, 1.1 %) \  _ ô  Ç œ íp [ j ½ ¨› ¸

 › ' a8 £ ¤ ) a  “ ¦ ˜ Г ¦  ) a   e ” Ü ¼
 [13], ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H

#

Œ Q ’    ñ ×  æ^ o ?÷ &# Q e ” # Q" f S X ‰ “   t  3 l w % i  .

Figure 3“ É r (1¯ 10) ¨ î €  \ " f  l  © œ_  ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ [001] ~ ½ Ó

†

¾ ÓÜ ¼– Ð ¨ î ' Ÿ  >   % i `  ¦ M : % 3 “ É r Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 (Fig. 1)`  ¦

Room temp.

B ll [110]

B ll [110]

B ll [001]

B ll [001]

1 3 1 2

1 1

Magnetic Field [ T ] 1.3 1.2

1.1

Fig. 3.EMR spectra obtained in the crystallographic(1¯ 10) plane with the interval of every 2 degrees.

Table 1. Spin Hamiltonian parameters for R1 and R2 centers.

R1 R2

Ref. 4 D = 0.138 cm

⁻¹

D = 0.138 cm

⁻¹

g = 2.005 g = 2.005

D

1

=+1,414(1) MHz Present D

_k

=+2,788(1) MHz k [994]

D

2

=–2, 815(1) MHz k [001]

study D

⊥

=–1,394(1) MHz

D

3

=+1,401(1) MHz

0

^◦

– Ð K " f  ± p x 9 \  Õ ª 2 ; Ê ê, 90

^◦

b  # Q”     & ñ _  [110] ~ ½ Ó

†

¾ Óõ  ¨ î ' Ÿ ½ + É M : t   l  © œ_  ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ 2

^◦

m ”     or &   9 % 3 “ É r Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ > 5 Å q Õ ª 2 ;  כ s  . Fig. 1\ " f R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” [ þ t – РÒ' 
š ¸  H ’    ñ[ þ t ×  æ, R2 _   â Ä º\  { 9

Â Ò ’    ñ[ þ t s  ì  r o ÷ &t  · ú §  H ì ø ̀  \  R1_   â Ä º\   H y Œ •

•

¸  † ‡ \     3 ¢ ¸  H 4 > h– Ð ° ú ˜ t   H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ” 



. Fig. 1\  K { © œ÷ &  H Fig. 3 _   ± p  A \  e ”   H Û ¼& 7 ˜ à

Ô! 3 \ " f R2 / B N" î ×  æd ” Ü ¼– РÒ' 
š ¸  H ’    ñ[ þ t ×  æ g = 2.0`  ¦ l ï  r Ü ¼– Ð % i `  ¦ M :  ¾ ú   A á ¤ \ " f › ' a8 £ ¤ ÷ &  H ’    ñ˜ Ð



 î ß –A á ¤ \ " f › ' a8 £ ¤ ) a ’    ñ_  [ jl  €  • 2C  y © œô  Ç s Ä »  H



l  © œ`  ¦ [001] ~ ½ ӆ ¾ Ó\  ¨ î ' Ÿ  >  Ù þ ¡Ü ¼Ù ¼– Ð î ß –A á ¤ _  ’    

ñ  H [100] õ  [010] ~ ½ ӆ ¾ Ó_  Å Ò» ¡ ¤`  ¦ ° ú   H ’    ñ  _  ×  æ

^ o

?÷ &# Q z  ´] j z  ´+ « >\ " f €  • 2C – Ð y © œ >  8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 l  M : ë

 H s   [15]. s X O >  R1õ  R2\  @ / # Œ Fig. 3\ " f % 3 “ É r /

B N" î  l  © œ ° ú כ[ þ t – РÒ'  þ j™ è] jY  LZ O Ü ¼– Ð Û ¼— 2 ; K x 9 ž Ðm  î

ß – B > h © œÃ º[ þ t`  ¦   & ñ % i Ü ¼ 9, Õ ª > í ß –ô  Ç   õ \  ¦ Table 1 \  & ñ o  % i  . Table 1\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  R1 / B N" î ×  æ d ”

“ É r » ¡ ¤ @ /g A$ í `  ¦ ° ú t ë ß – R2 / B N" î ×  æd ” “ É r » ¡ ¤ @ /g A\ " f €  • ç

ß – # Á # Q
  H  כ Ü ¼– Ð > í ß –÷ &% 3  . Õ ª Q
 R2 / B N" î ×  æd ” \  _

ô  Ç / B N" î ’    ñ_  ‚  ; Ÿ ¤ s  2.5 mT s  © œÜ ¼– Ð V , l  M :ë  H \  z 

´+ « >\ " f Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s  " î Ñ þ ˜ >  ì  r o ÷ &# Q 8 £ ¤& ñ ÷ &t   H · ú §

€

Œ

¤ . R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” [ þ t \  _ ô  Ç / B N" î ’    ñ[ þ t`  ¦ ì  r o 

R2 center

R1 center R2 center

R1 center T ] eld [ 1.3

1.2

tic Fi a gne t

M a 1.1

0 30 60 90

0 30 60 0 30 60 90

Angle [degree]

0 30 60

Angle [degree]

Fig. 4. Rotation pattern of resonance magnetic fields for R1 and R2 centers in the crystallographic (1¯ 10) plane.

Circles are measured ones in Fig. 3 and the lines are calculated with spin Hamiltonian parameters given in Table 1.

105 K 105 K 116 K 135 K 135 K 152 K 167 K 187 K 199 K 212 K 230 K 248 K 280 K 300 K 324 K

0 2 0 3 0 4 0 5

a b c d ^{354 K}

0.2

Magnetic Field [ T ]

0.3 0.4 0.5

Fig. 5. Temperature dependence of EMR spectra mea- sured with an X-band frequency of 9.4 GHz for B k [001].

# Œ Fig. 4\  Õ ª§ 4  . Fig. 4\ " f z  ´‚  “ É r Table 1 \  & ñ o 

 )

a Û ¼— 2 ; K x 9 ž Ðm î ß – B > h © œÃ º[ þ t`  ¦  6   x # Œ > í ß –ô  Ç  כ s

 . Fig. 4\ " f { 9 Â Ò  ”   / B N" î  l  © œ ° ú כ[ þ t“ É r   É r ’    

ñ[ þ t õ  ×  æ^ o ?÷ &# Q & ñ S X ‰ ô  Ç ° ú כ`  ¦ { 9 l  # Q 9î  r  â Ä º[ þ t s  .

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f Û ¼— 2 ; K x 9 ž Ðm î ß – B > h © œÃ º– Ð > í ß –ô  Ç y Œ • / B N

"

î ×  æd ” _  / B N" î  l  © œ_  > í ß –° ú כ[ þ t s  z  ´+ « >\ " f › ' a8 £ ¤ ) a /

B N" î  l  © œ[ þ t õ  ¸ ú ˜ { 9 u    H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  .

Figure 5  H R2 / B N" î ×  æd ” _  “ : r • ¸\    É r  1 l x`  ¦ · ú ˜ ˜ Ð

310

T ] m T

B [ - B B a d 309

308 100 150 200 250 300 350 308

Temperature [ K ]

Fig. 6. The difference of resonance magnetic fields marked with d and a of the R2 center in Fig. 5.

300 b

a 300

nit ] ^b _c

d

rb. u n d

200

y [ a r ensit y

In te ignal 100

100 200 300

Si

300

Temperature [ K ]

Fig. 7. Double integrated EMR signal intensities of the first derivative resonance signals in Fig. 5 for the R2 center as a function of temperature.

l

 0 AK  X-band % ò % i \ " f  l  © œ_  ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ r « Ñ_  [001]

~ ½

ӆ ¾ Ó\  ¨ î ' Ÿ  >  “ ¦& ñ “ ¦ 105 K\ " f 354 K  s _  “ : r

•

¸ # 3 0 A\ " f / B N" î ’    ñ[ þ t _     o\  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ s  . · ú ¡_  d ”

 (2)\ " f · ú ˜ à º e ” 1 p w s  R2 / B N" î ×  æd ” _  aü < d– Ð ³ ðr   ) a /

B N" î  l  © œ ° ú כ[ þ t _  s – РÒ'  D ° ú כ`  ¦ ~ 1 >  ½ ¨½ + É Ã º e ” 



. Fig. 6“ É r y Œ •y Œ •_  “ : r • ¸\ " f 8 £ ¤& ñ  ) a d – Ð ³ ðr   ) a / B N" î   l

 © œ (B

d

) ü < a– Ð ³ ðr   ) a / B N" î  l  © œ (B

a

) _  s \  ¦ ½ ¨ ô

 Ç  כ “  X <, / B N" î  l  © œ[ þ t _  s  €  • 190 K   H % ƒ\ " f þ

j@ /° ú כ`  ¦
  · p . s  כ “ É r · ú ¡_  d ”  (2)\ " f · ú ˜ à º e ” 1 p w s

 R2 / B N" î ×  æd ” _  D ° ú כs  190 K\ " f þ j@ / H † d`  ¦ _ p  ô

 Ç .

Figure 7“ É r Fig. 5 \ " f “ : r • ¸\     % 3 “ É r R2 / B N" î ×  æd ”  _

 a\ " f d t  ³ ðr ô  Ç W 1 > h_  / B N" î ’    ñ_  [ jl \  ¦ ¿ º



  & h ì  r # Œ % 3 “ É r ’    ñ_  [ jl \  ¦ “ : r • ¸_  † < Êà º– Ð Õ ª 2 ;  כ s

 . bü < c– Ð ³ ðr   ) a / B N" î ’    ñ  H · ú ¡\ " f [ O " î Ù þ ¡1 p w s  ¿ º

>

h_  ’    ñ ×  æ^ o ? ) a  כ s Ù ¼– Ð aü < d– Ð ³ ðr   ) a / B N" î ’    ñ _

 [ jl ˜ Ð  €  • 2C  ß ¼  [15]. s ×  æ& h ì  r Ü ¼– Ð ½ ¨ô  Ç ’    

ñ_  [ jl   H €  • 270 K   H % ƒ\ " f þ j@ /° ú כ`  ¦ ° ú   H  כ `  ¦ · ú ˜ Ã

º e ”  .

é

ß –í  H ô  Ç  © œ $ í Ô  ¦í  HÓ ü t \  _ ô  Ç / B N" î ’    ñ_  [ jl   H ¸ ú ˜

· ú

˜ 9”   Curie Z O g Ë :\  _  # Œ “ : r • ¸\  ì ø Íq Y V½ + É  כ s   [16]. Õ ª Q
 0 A\ " fü < ° ú  s  R2 / B N" î ×  æd ” _  D ° ú כõ  / B N" î

’

   ñ_  [ jl  “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     y Œ ™™ è t  · ú §“ ¦ þ j

@

/° ú כ`  ¦ ° ú   H “ : r • ¸ e ”    H  כ “ É r R2 / B N" î ×  æd ” s  é ß –{ 9 



© œ $ í Ô  ¦í  HÓ ü t 1 p x \  _ ô  Ç / B N" î ×  æd ” s   m “ ¦ \ P & h Ü ¼– Ð [

þ

t * ‹" f   ½ + ˝ ) a 4 Ÿ ¤ ½ + Ë(complex)   † < Êe ” `  ¦ _ p ô  Ç . R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” s  Û ¼— 2 ;s  1/2_  & h    † < Ê 2> h   ½ + Ë # Œ Ä »

´

ò Û ¼— 2 ;s  1– Ð  ) a   † < Ês  €   [4], \ P & h Ü ¼– Ð [ þ t›  H  © œI \  K

{ © œ÷ &# Q “ : r • ¸ ? / 9y Œ ™\       ½ + Ës  = å S # Q4 R" f é ß –0 A Â

Òx { © œ  l  Š © œF G   — ¸F ' pà Ô Ã º y Œ ™™ è “ ¦, €  • 270 K s 



© œ_  “ : r • ¸\ " f  H Curie Z O g Ë :\  _ K  ’    ñ_  [ jl  y Œ ™™ è

  H  כ Ü ¼– Ð s K ½ + É Ã º e ”  .

é

ß –{ 9  ‘   o ü < „    Ÿ í S \ ‰ ) a s ×  æ ‘   o    ½ + Ë`  ¦ ô

 Ç   H  כ “ É r s ×  æ ‘    o \  Ÿ í S \ ‰ ) a „   _  C • ¸ † < Êà ºü <

é

ß –{ 9  ‘   o _  C • ¸† < Êà º " f– Ð   u >  ÷ &# Q ¿ º   † < Ê ç ß –

\

  © œ  ñ  Œ •6   x   H  כ Ü ¼– Ð ^  ¦ à º e ”  . s X O >    ½ + Ëô  Ç / B N

"

î ×  æd ” “ É r \ P & h Ü ¼– Ð [ þ t›  H 4 Ÿ ¤ ½ + Ë×  æd ” s   ) a  . 7 £ ¤, Å Ò# Q”  

“

: r • ¸ T \ " f / B N" î ’    ñ_  [ jl  I  H  l  Š © œF G   — ¸F ' pà Ô_  Ã

º N(T )\  q Y V “ ¦ ¢ ¸ô  Ç  © œ $ í : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# Œ  Ù ¼

–

Ð, “ : r • ¸\    É r „  ^ ‰& h “   ’    ñ_  [ jl   H I ∼ N (T )/T – Ð

 )

a  . # Œl " f N(T )  H “ : r • ¸ T \ " f é ß –0 A  Òx { © œ 8 ú x  l 

Š

© œF G   — ¸F ' pà Ô Ã º“  X <, s  / B N" î ×  æd ” s  ü @Â Ò Ô  ¦í  HÓ ü t \  _  ô

 Ç  כ s  €   { 9 ì ø Í& h “    â Ä º r « Ñ\  [ þ t # Q e ”   H Ô  ¦í  HÓ ü t _ 

€

ª œõ  ° ú  `  ¦  כ s Ù ¼– Ð  © œÃ ºs  . Õ ª Q
 z  ´] j– Ð R1õ  R2 /

B N" î ×  æd ” [ þ t“ É r é ß –0 A  Òx { © œ { 9 & ñ ô  Ç Ã º_  Û ¼— 2 ;s  1/2“   & h 

 

† < Ê 2> h   ½ + Ë # Œ Ä »´ ò Û ¼— 2 ;s  1“    © œI \  K { © œ÷ &“ ¦

\ P

& h Ü ¼– Ð [ þ t * ‹ e ” # Q" f “ : r • ¸ ? / 9y Œ ™\       ½ + Ës  L : t

Ù ¼– Ð é ß –0 A  Òx { © œ S = 1“    l  Š © œF G   — ¸F ' pà Ô Ã º  H

“

: r • ¸\     y Œ ™™ è >   ) a  .

Õ

ª QÙ ¼– Ð Faulknerü < Lomer 1 p x _  ˜ Г ¦@ /– Ð [4], R1 / B N

"

î ×  æd ” “ É r é ß –{ 9  ‘   o  Vü < „    Ÿ í S \ ‰ ) a s ×  æ ‘   o  ü

<_    ½ + Ës “ ¦, R2 / B N" î ×  æd ” “ É r é ß –{ 9  ‘   o  V

⁺

ü < „   

 Ÿ í S \ ‰ ) a s ×  æ ‘   o ü <_    ½ + Ës  “ ¦ ô  Ç €  , Š © œF G  

Š

© œF G    © œ  ñ Œ •6   x`  ¦ “ ¦ 9½ + É M : ZFS_  D ° ú כ_  ß ¼l   H   

†

< Ê ç ß – b  # Q”    o ü < › ' aº  s  e ”  . Õ ª  X < é ß –{ 9  ‘   o 

   & ñ ? /\  ” > r F ½ + É M : î ß –& ñ l  0 AK " f  s   7 H × ¼ ? /

\

 ” > r F    H ‘    o   H Å Ò0 A " é ¶  [ þ t`  ¦ µ 1 ÚÜ ¼– Ð x 9 # Q? /  H

 â

† ¾ Ós  e ”  “ ¦ · ú ˜ 94 R e ”   [17]. Õ ª QÙ ¼– Ð R1 / B N" î ×  æ d ”

_  ZFS_  Z» ¡ ¤ _  ~ ½ ӆ ¾ Ós  [221]s   m   [994]s Ù ¼– Ð s 



 H R1 / B N" î ×  æd ” s  é ß –{ 9  ‘   o  Vü < s ×  æ ‘   o \  Ÿ í S \ ‰

 )

a „   ü <_    ½ + Ës l  M :ë  H \  é ß –{ 9  ‘   o  Å Ò0 A " é ¶   [

þ

t`  ¦ x 9 # Q? /# Q     ² D G ™ è& h Ü ¼– Ð d  ¦ # Q| 9   כ s “ ¦ Å Ò» ¡ ¤ _

 ~ ½ ӆ ¾ Ós  [221]– РÒ'  €  • 2

^◦

& ñ • ¸ l Ö  ¦ # Q”   [994] ~ ½ ӆ ¾ Ós 

÷

&  H  כ `  ¦ [ O " î ½ + É Ã º e ”  .

˜

Ð: Ÿ x ˜ Ð$ 3  ¾ ¡ §| 9 _   s   7 H × ¼  H “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     1

p

x ~ ½ Ó& h s “ ¦ ‚  + þ A& h Ü ¼– Ð \ P Ø Ÿ ‚ ½ Óô  Ç “ ¦ · ú ˜ 94 R e ”   [18].

\ P

Ø Ÿ ‚ ½ Ós  1 p x ~ ½ Ó& h s “ ¦ ‚  + þ A& h s €     & ñ _      ‚  + þ A& h  Ü

¼– Ð Ø Ÿ ‚ ½ Ó Ù ¼– Ð, “ : r • ¸  © œ5 p x r    † < Êç ß –_   o • ¸ Y O # Q| 9 

 כ

`  ¦ \ V © œ½ + É Ã º e ” Ü ¼Ù ¼– Ð D ° ú כ“ É r y Œ ™™ èK   ½ + É  כ s  .

Õ

ª Q
 190 K s  _  “ : r • ¸% ò % i \ " f Fig. 6_  z  ´+ « >   õ 



 H “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     D ° ú כs  & t   H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ” 



. s  כ “ É r  s   7 H × ¼ ? /\    † < Ês  \ O   H  Ò0 A\ " f  H “ : r

•

¸  © œ5 p x † < Ê\        ç ß –  o  é ß –› ¸7 £ x  
 R2 / B N

"

î ×  æd ”  Â Ò   H _       H 105 K \ " f 190 K t  “ : r • ¸ 7 £ x

† < Ê\     Ø Ÿ ‚ ½ Ó   H  כ s   m   ² D G ™ è& h Ü ¼– Ð Ã º» ¡ ¤ 




, q 1 p x ~ ½ Ó& h Ü ¼– Ð Ã º» ¡ ¤ # Œ D ° ú כs  š ¸y  9 7 £ x    H

 כ

Ü ¼– Ð K $ 3 ½ + É Ã º e ”  .

IV. + s Ç Â ] Ø

×

 æ$ í  \  ¦ ¥ ¸s “ ¦
" f 20# Œ ¸  s  t è ß – Ê ê / B N" î ’    ñ\  ¦ 8

£ ¤& ñ % i Ü ¼
  s   7 H × ¼ ? /\  Ò q t$ í  ) a   † < ʓ É r B Ä º î ß –

&

ñ ô  Ç  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . R1õ  R2 / B N" î ×  æd ” [ þ t“ É r ü @Â Ò Ô  ¦ í

 HÓ ü t \  _ ô  Ç / B N" î ×  æd ” [ þ t“ É r  m “ ¦, & h    † < Ê[ þ t ç ß –_    ½ + Ë

\

 _ ô  Ç / B N" î ×  æd ” [ þ t s  9, é ß –t  & h    † < Ê[ þ t ç ß –_    ½ + Ë ~ ½ Ó

†

¾ Ós    É r  כ Ü ¼– Ð K $ 3  ) a  . ’    ñ[ jl _  “ : r • ¸ _ ” > r$ í z  ´ +

« >Ü ¼– РÒ'  R2 / B N" î ×  æd ” “ É r \ P & h Ü ¼– Ð [ þ t›  H  © œI e ” `  ¦ · ú ˜ Ã

º e ” % 3 “ ¦, 270 K s  \ " f  H “ : r • ¸ ? / 9y Œ ™\     ‚ à Ð

#

Œ   H / B N" î ×  æd ” _  à º y Œ ™™ è   H  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

þ

j™ èô  Ç 105 K Ò'  190 K t _  “ : r • ¸% ò % i \ " f  H “ : r • ¸



© œ5 p x † < Ê\     / B N" î ×  æd ”    H % ƒ_      ² D G ™ è& h Ü ¼– Ð Ã º

»

¡

¤  
 q 1 p x ~ ½ Ó& h Ü ¼– Ð Ã º» ¡ ¤   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i  . ‘ : r z  ´ +

«

>  õ \  ¦ : Ÿ x # Œ R2   † < Ê ×  æd ” s  é ß –{ 9  ‘   o ü < „   

Ÿ

í S \ ‰ ) a s ×  æ ‘   o s  9 s [ þ t s  " f– Ð \ P & h Ü ¼– Ð [ þ t * ‹ e ” 



 H / B N" î ×  æd ” s  “ ¦ & ñ €   ZFS Å Ò» ¡ ¤ _  ~ ½ ӆ ¾ ӕ ¸ ¸ ú ˜ [ O 

"

î ½ + É Ã º e ” % 3  .

P

c p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨\   6   x ) a r « э  H 1970¸  @ /\  ^ ” 6   x Á º ~ à Ì \ 

>

" f ~ à ΀ Œ ¤~    כ e ” `  ¦ µ 1 ßy “ ¦, y Œ ™ _  > p w`  ¦ ³ ðô  Ç .

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] NTT Technical Review 1, 97 (2003).

[2] C. D. Clark and E. W. J. Mitchell, Radiation Dam- age and Defects in Semiconductors (Inst. Phys.

Conf. Ser. No. 31, 1977), p. 45.

[3] J. H. E. Griffiths, J. Owen and I. M. Ward, Defects in Crystalline So1ids (The Physical Society, Lon- don, 1955), p. 81.

[4] E. A. Faulkner and J. N. Lomer, Phi1. Mag. 7, 1995 (1962).

[5] G. D. Watkins, R. P. Messmer, C. Weigel, D. Peak and J. W. Corbett, Phys. Rev. Lett. 27, 1573 (1971).

[6] Y. M. Kim and G. D. Watkins, J. App1. Phys. 42, 722 (1971).

[7] J. Walker, J. Phys. C: So1id State Phys. 10, 3867 (1977).

[8] V. S. Vavi1ov, Radiation Damage and Defects in Semiconductors (Inst. Phys. Conf. Ser. No. 46, 1979), p. 74.

[9] A. Cox, M. E. Newton and J. M. Baker, J. Phys.:

Condens. Matter 4, 8119 (1992).

[10] Y. M. Km, Y. H. Lee, P. Brosious and J. W. Corbett, Radiation Damage and Defects in Semiconductors (Inst Phys. Conf. Ser. No. 16, 1973), p. 202.

[11] J. S. Kim and S. H. Choh, EPR Study of De- fects in Neutron Irradiated Diamond, 21st ANZIP Condensed Matter Physics Meeting, Conf. Handbook WP35 (Pakatoa Island, New Zealand, 1997).

[12] A. Abragam and B. Bleaney, Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions (Dover Publications, Inc, New York, 1986), Chap. 3.

[13] J. A. Baldwin Jr., Phys. Rev. Lett. 6, 220 (1963).

[14] G. D. Watkins, Radiation Effects in Semiconductors (Plenum Press, New York, 1968), p. 67.

[15] J.-M. Spaeth, J. R. Niklas and R. H. Bartram, Struc- tural Analysis of Point Defects in Solids (Springer- Verlag, Berlin, 1992), Chap. 3.

[16] A. Abragam and B. Bleaney, ibid., Chap. 2.

[17] F. Agullo-Lopez, C. R. A. Catlow and P. D.

Townsend, Point Defects in Materials (Academic Press, London, 1988), Chap. 7.

[18] J. Thewlis and A. R. Davey, Phil. Mag. 1, 409

(1956).

Electron Magnetic Resonance Study of Resonance Centers with S = 1 in a Neutron-irradiated Diamond

J. S. Kim

^∗

and S. H. Choh

^†

Department of Physics, Korea University, Seoul 136-701

I.-W. Park

Department of Science Education, Seoul National University of Education, Seoul 137-742 (Received 30 January 2009)

The resonance centers with S = 1 in a neutron-irradiated natural diamond at a dose of 10

¹⁸

neutrons/cm

²

have been investigated by means of an electron magnetic resonance technique. Two resonance centers, called R1 and R2, have been reported, and the parameters of the second-order zero-field splitting (ZFS), D, are the same, but their principal axes of ZFS do not coincide. The R2 center may originate from defect complexes of point defects because it does not follow the well- known Curie law for the added paramagnetic impurities. Gem-quality diamonds have been shown to thermally expand linearly and isotropically while the neighbors near R2 are found to be locally contracted in the temperature range from 105 K to 190 K from the temperature dependence of the D value. These experimental results can be interpreted to show that the R2 center originates from a thermally-excited complex.

PACS numbers: 61.72.Ji, 61.18.Fs, 61.72.Hh, 61.80.Hg

Keywords: Electron magnetic resonance, Diamond, Neutron irradiation, Defect

∗

Present address: Avago Technologies, 350 W. Trimble Rd., San Jose, CA 95131, USA

†

E-mail: [email protected]