Ionic conduction of pure and doped CaF2 and SrF2 crystals

Abstract

The ionic conductivity of pure as well as NaF- and YF3-doped CaF2 and SrF2 crystals was investigated between room temperature and 900°C. The absorption of the crystals was measured before and after X-ray irradiation. The results are in accordance with an anti-Frenkel disorder. While for CaF2 only the formation energy of the defects, their activation energy of the mobility, and their association energy for the bonding to an aliovalent foreign ion could be obtained, in the case of SrF2 it was also possible to determine the density of the anti-Frenkel defects, their jump frequencies and mobilities as well as the entropy changes associated with the activation processes. In addition, the oscillator strength for the 213 nm band of O− in SrF2 could be calculated. Die Ionenleitfähigkeit reiner und mit NaF bzw. YF3 dotierter CaF2- und SrF2-Kristalle wurde zwischen Zimmertemperatur und 900°C untersucht. Die Messung der Absorption der Kristalle erfolgte vor und nach Röntgenbestrahlung. Die Ergebnisse stehen mit einer Anti-Frenkel-Fehlordnung in Einklang. Während für CaF2 nur die Bildungsenergie der Defekte, deren Aktivierungsenergie der Beweglichkeit und ihre Assoziationsenergie für die Bindung an ein anderswertiges Fremdion bestimmt werden konnten, war es bei SrF2 zusätzlich möglich, die Dichte der Anti-Frenkel-Defekte, deren Sprungfrequenzen und Beweglichkeiten sowie die mit den Aktivierungsprozessen verbundenen Entropieänderungen anzugeben. Außerdem konnte die Oszillatorenstärke für die 213 nm-Bande des O− in SrF2 berechnet werden.