A paramagnetic resonance study of Cr3+ and Fe3+ in sillimanite

Abstract

The paramagnetic resonance spectra of Cr3+ and Fe3+ in natural crystals of the mineral sillimanite have been investigated. The chromium results can be interpreted with a spin Hamiltonian having axial and rhombic terms. Four magnetically inequivalent (directionally) sites (Site I) are observed, with parameters g⊥ = 1.975, g∥ = 1.963, B = 6.91, and B = 3.77 GHz. The iron results have been interpreted on the assumption that Fe3+ occupies the two crystallographically inequivalent Al3+ sites in the sillimanite. Site II having tetrahedral coordination and Site III octahedral coordination. The constants of the conventional orthorhombic spin Hamiltonian are as follows, Site II: B = 1.74 GHz, B = 1.62 GHz, B = 0.0 GHz, B = 0.0 GHz, B = 0.0 GHz, and gx = gy = gz = 2.004; Site III: B = 11.8 GHz, B = 4.04 GHz, B = 0.37 GHz, B = 0.09 GHz, and gx = gy = gz = 2.004. A comparison of the results for the octahedrally coordinated sites in the three polymorphs kyanite, andalusite, and sillimanite is made. Die EPR-Spektren von Cr3+ und Fe3− in naturlichen Kristallen des Minerals Sillimanit wurden untersucht. Die Ergebnisse an Chrom konnen mit einem Spin-Hamiltonian mit axialen und rhombischen Termen interpretiert werden. Vier magnetisch nichtaquivalente (Richtung) Platze (Platz I) werden beobachtet, mit Parametern g⊥ = 1.975, g∥ = 1.963, B = 6,91 und B = 3.77 GHz. Die Ergebnisse an Eisen werden mit der Annahme erklart, das Fe3+ die beiden kristallographisch inaquivalenten Al3+-Platze in Sillimanit — Platz II hat tetraedrische und Platz III oktaedrische Koordination — besetzt. Die Konstanten des konventionellen rhombischen Spin-Hamiltonians sind fur Platz II: B = 1,74 GHz, B = 1.62 GHz, B = 0,0 GHz, B = 0,0 GHz, B = 0,0 GHz und gx = gy = gr = 2,004; fur Platz III: B = 11,8 GHz, B = 4,04 GHz, B = 0.37 GHz, B = 0,09 GHz und gx = gy = gz = 2,004. Ein Vergleich der Ergebnisse fur die oktaedrisch koordinierten Platze wurde fur die drei Polymorphe Cyanit, Andalusit und Sillimanit durchgefuhrt.