Paramagnetic Ge–Li centres in alpha quartz revisited: The D_Li([GeO₄/Li]⁰_D) centre

Abstract

A previously unreported stable paramagnetic defect centre in single-crystal alpha-quartz has been studied by quantitative X-band electron paramagnetic resonance spectroscopy at 15, 100, and 296 K, and is shown to contain a Ge 3+ ion, presumably located substitutional for Si 4+ , with a nearby interstitial Li + ion. The centre, called D Li herein, grows in slowly (months) after room-temperature x-irradiation and storage. Hyperfine structure arising from 73 Ge, 7 Li, and 29 Si has been observed. The spin-Hamiltonian parameter matrices g, A( 7 Li), A( 73 Ge), and P( 73 Ge) are reported, also for centre C Li . A thermal dynamic process, probably involving Li + hopping, begins to be appreciable above 100 K. Discussion of D Li , its apparent growth from another paramagnetic centre (not yet fully characterized), and comparison with other similar defects is included.Résumé : Nous étudions un nouveau centre de défaut paramagnétique stable dans le cristal simple du quartz alpha par spectroscopie EPR à bande X, à 15, 100 et 296 K et nous montrons qu'il contient un ion Ge 3+ , vraisemblablement substitutionnel sur le site du Si 4+ , avec un ion interstitiel proche Li + . Le centre , appelé ici D Li , croît lentement (mois) après irradiation X à température de la pièce et gardé au repos. Nous avons observé les structures hyperfines provenant de 73 Ge, 7 Li et 29 Si. Nous présentons les matrices g de paramètres du Hamiltonien de spin, A( 7 Li), A( 73 Ge) et P( 73 Ge), ainsi que pour un centre C Li . Un mécanisme dynamique thermique, impliquant vraisemblablement des sauts atomiques Li + , devient appréciable au delà de 100 K. Dans une discussion sur D Li nous incluons sa croissance apparente à partir d'un autre centre paramagnétique (pas encore caractérisé) et des comparaisons avec d'autres défauts similaires.[Traduit par la Rédaction]

Mineralogy and mineral chemistry of quartz: A review

“…The resulting diamagnetic [GeO 4 ] 0 defect in quartz can be transformed by ionising radiation at <100 K into two paramagnetic [GeO 4 ] – centres (Table S1), which are distinguished by the orbital of the unpaired spin lying along the different O–Ge–O bisectors of the GeO 4 tetrahedron (Mackey, 1963; Isoya et al , 1978; McEachern et al , 1992; McEachern and Weil, 1994). On warming above 150 K or irradiation at room temperature, the [GeO 4 ] – centres can capture M + ions (Li + , Na + and Ag + ) released from associated [AlO 4 /M + ] 0 centres and form the [GeO 4 /M + ] 0 centres (Table S1; Mackey, 1963; Weil, 1971; Weil, 1984; Rakov et al , 1985; Dickson et al ., 1991; McEachern et al , 1992; McEachern and Weil, 1994; Claridge et al , 2008).…”