Photoabsorption aux seuils Miv, v du Samarium et du Thulium en phase vapeur et au sein d'agrégats : étude de la transition atome-matière condensée
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
We present an experimental study of metallic vapors and clusters of Sm and Tm. This study uses the XAS at the MIv,v edges (3d-4f transitions) of the rare earths atoms. We use the synchrotron radiation to scan the energy range of MIv,v edges of Sm and Tm atoms. Those experiments have been carried out to study the atom-solid transition, during which, the number of valence electrons changes from 2 to 3. This change is due to the transfer of a 4f localized electron to the 5d delocalized orbital. The clusters are obtained in UHV by a simultaneous condensation of an atomic rare gas jet and a slow evaporation of rare earth atoms. We show that the spectrum of the metallic vapor of Tm is composed of a single line: which is associated to the dipolar transition between the fundamental state (3d10 4f13 (2D7/2)) and the excited state (3d9 4f14 (2D5/2)). On the other hand, we demonstrate that the fundamental state of the metallic vapor of Sm (3d10 4f6) can be interpreted as a superposition of the J=0 level and the J=l and 2 levels. Those last levels are populated by thermal excitation at 1300°K. The cluster study shows that the simulated transition (free atom-condensed matter) is a function of the dilution ( ), where R is defined as the ratio of the rare gas atoms to rare earth atoms. The clusters are formed during the collisions between the rare earth atoms and the rare gas atoms and grow up further during condensation on the substrate. We show that the configuration of the thulium and samarium atoms changes for a coordination of 5. 9±0. 1 and 8. 5 respectively. These results are compatible with the observations of thulium and samarium surface valence. As the divalent contribution of the samarium spectrum in cluster look like, in the first sight, the metallic vapor spectrum, we conclude that the reduced coordination in the small cluster is not able to delocalize the 4f electron, but is able, at low temperature, to populate the low lying levels above the fundamental level (J=O).
Abstract FR:
Nous présentons une étude expérimentale des vapeurs métalliques ainsi que des agrégats de samarium et de thulium. C'est la première fois qu'une telle étude est réalisée en utilisant la technique de spectroscopie de photoabsorption X aux seuils MIv,v (transitions 3d-4f) des atomes de terres rares. On utilise le spectre continu du rayonnement synchrotron pour couvrir le domaine d'énergie (1 à 1. 5 KeV) contenant les seuils MIv,v des deux éléments que l'on étudie. Ces expériences ont été réalisées dans le but d'étudier la transition atome-matière condensée, au cours de laquelle le nombre d'électrons de valence des atomes de terres rares passe de 2 à 3. Cette modification de configuration est due au transfert d'un électron localisé 4f dans l'orbitale délocalisée 5d. Les agrégats sont fabriqués en ultra-vide en réalisant conjointement, sur un substrat refroidi à la température de l'hélium liquide, une condensation d'un jet d'atomes de gaz rare et une évaporation lente d'atomes de terres rares. La dilution des atomes de terres rares dans la matrice de gaz rares permet de simuler étape par étape la transition atome (grande dilution) - solide (dilution pratiquement nulle). Il faut souligner que cette approche consiste à utiliser l'atome isolé (dilution infinie) comme un point de départ à la description du solide (dilution nulle). C'est pourquoi, la première partie des résultats expérimentaux est consacrée à l'étude des vapeurs métalliques. Nous analysons l'unique raie du spectre de photoabsorption de la vapeur métallique de thulium. Nous démontrons que l'état fondamental de la vapeur métallique de samarium, à 1300°K, est décrit par une combinaison linéaire du niveau le plus bas J=O et des niveaux J=l et 2 situés à 0. 03 eV et 0. 1 eV au dessus de J=O. La deuxième partie des résultats expérimentaux est consacrée à l'étude des agrégats métalliques. Nous montrons que le changement de configuration des atomes de thulium s'effectue pour une coordination de 5. 9±0. 1 alors que ce changement intervient, dans le samarium, pour une coordination de 8. 5. La similitude entre la contribution atomique des spectres d'agrégats de samarium et celui de la vapeur métallique conduit à une interprétation où nous supposons que la coordination réduite dans les agrégats de petite taille engendre une interaction métal-métal insuffisante à la délocalisation de l'électron 4f mais responsable, même à basse température, de la population des premiers niveaux au-dessus du fondamental J=0.