Interband and Gap State Related Transitions in β‐Rhombohedral Boron

TLDR: In this article, the anisotropy of the electronic interband transitions of β-rhombohedral boron is determined by optical absorption measurements, and the band gaps (indirect allowed transitions) are 1.32 and 1.46 eV for E ⟂ c (extrapolated to T = 0 K).

Abstract: The anisotropy of the electronic interband transitions of β-rhombohedral boron is determined by optical absorption measurements. The band gaps (indirect allowed transitions) are 1.32(1) and 1.50(1) eV for E ∥ c, respectively, 1.29(1) and 1.46(1) eV for E ⟂ c (extrapolated to T = 0 K). At low temperatures these gaps decrease, while the thermal equilibrium develops. The temperature dependence of the gap is attributed to the thermal disorder caused by phonons of 121.9 (E ⟂ c) and 94.1 meV uE ⟂ i.c) representing the most prominent intraicosahedral vibrations. Six intrinsic trapping levels for electrons in distances between 0.17 and 1.15 eV from the conduction band edge are determined, the closer ones in agreement with different photo effects. The trapping levels are attributed to distortion states of the icosahedra due to a dynamical Jahn-Teller effect. This conception allows the interpretation of other physical properties like internal friction, discontinuities of thermal expansion, and electrical conductivity, of the temperature dependence of the ESR linewidth, and of the density of paramagnetic centers (spin density and magnetic susceptibility). Die Anisotropy der elektronischen Interbandubergange des β-rhombomboedrischen Bors wurde aus der oprischen Absorption bestimmt. Die Bandabstande (indirekt erlaubte Ubergange) betragen, extrapoliert auf T = O K, 1,32(1) und 1,50(1) eV fur E ∥ c bzw. 1,29(1) und 1,46(1) eV E ⟂ c. Bei tiefen Tenperaturen nehmen die Bandabstande im Verlauf der Einstellung des thermischen Gleichgewichtes ab. Der Temperaturgang der Bandabstande wird der temperaturbedingten Fehlordnung des Gitters durch die thermische Anregung der starksten intraikosaedrischen Phononen bei 121.9 (E ∥ c) und 94,1 meV (E ⟂ c) zugeordnet. Sechs intrinsische Haftniveaus fur Elektronen in Abstanden zwischen 0,17 und 1,15 eV vom Leitungsband werden nachgewiesen die bandnahen sind in Ubereinstimmung mit verschiedenen Photoeffekten. Die Haftniveaus werden Verzerrungszustanden der Ikosaeder infolge eines dynamischen Jahn-Teller-Effektes zugeschrieben. Diese Konzeption erlaubt die Erklarung anderer Physikalischer Eigenschaften wie der inneren Reibung, der Diskontinuitaten der thermischen Dilatation und der elektrischen Leitfahigkeit, der Temperaturabhangigkeit der ESR-Linienbreite sowie der Lonzentration lokalisierter paramagnetischer Zentren (Spindichte und magnetische Suszeptibilitat).