Étude du couplage naphtalène-benzophénone dans des cristaux de benzophénone dopés au naphtalène

¹ Université Paris VI, D.R.P. Lab. ass. CNRS, Tour 22, 75230 Paris Cedex 05., France.
² Laboratoire d’Optique Moléculaire 51062 Reims Cedex., France.

Résumé

Le couplage naphtalène-benzophénone est étudié pour des cristaux de benzophénone dopés au naphtalène en analysant l’émission de phosphorescence T₁ → S₀ du naphtalène en fonction de la température. Les résultats expérimentaux sont interprétés en faisant appel aux conclusions théoriques concernant l’émission d’impuretés placées dans des matrices cristallines.

Une analyse spectrale à haute résolution montre que la raie zéro-phénon de la transition O — O est. très fine (0,2 cm^-1) à 4,2 K. La forme de cette raie est lorentzienne lorsque l’échantillon étudié est monocristallin, mais comporte une composante gaussienne sur les échantillons poly-cristallins.

L'analyse de la bande de phonons associée à la raie zéro- phonon indique que les vibrations acoustiques du cristal de benzophénone dopé sont situées, en grande partie, dans un domaine de fréquences compris entre 0 et 60 cm^-1.

Les paramètres de couplage ß et γ qui relient respectivement le déplacement en fréquence de la raie zéro-phonon et la largeur de cette raie à la température, ont pu être calculés ; leur valeur est de β =' 30 ± 5 cm^-1, γ = 100 ± 20 cm^-1. L’interaction exciton-phonon est donc faible.

La finesse assez exceptionnelle de la raie zéro-phonon dans l’échantillon monocristallin semble indiquer que la molécule de naphtalène perturbe très peu le réseau cristallin du cristal de benzophénone accepteur. La forme lorentzienne de cette raie prouve que le terme quadratique de l’opérateur d'interaction exciton-phonon est le principal responsable de cette forme dans un cristal exempt de défauts physiques.

Abstract

A naphthalene-benzophenone coupling investigation is made in benzophenone crystals doped with naphthalene. This study is carried out by an the T₁ → S₀ transition of naphtalene at various temperatures. Experimental data are compared with results of theories developed for impurities spectra in molecular crystals.

A high resolution study shows that the zero-phonon line is extremely sharp ([math] 0.2 cm^-1) at 4.2 K. The line profile is nearly lorentzian in a single crystal sample. However in polycristalline sample, a gaussian component exists.

Aanlysis of the phonon wing yield the extend of the energy spectrum of acoustic vibrations of benzophenone (0-60 cm^-1).

The coupling parameters β for the ero-phonon line shift and γ for zero-phonon line width are calculated : β = 30 ± 5 cm^-1 γ = 100 ± 20 cm^-1. Then, the strength of the exciton- phonon coupling is weak.

The sharpness of the zero-phonon line indicates a very small perturbation of the benzophenone lattice by the naphtha- lene guest. The lorentzian profile of this line in a single crystal shows that the quadratic off diagonal coupling coefficients of the exciton-phonon interaction operator gives the major contribution to this shape.