Étude du spectre optique du nickel dans le fluorure de lithium

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Submitted on 1 Jan 1965

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Étude du spectre optique du nickel dans le fluorure de lithium

P. Berge, M. Dubois, G. Blanc, M. Adam-Benveniste

To cite this version:

P. Berge, M. Dubois, G. Blanc, M. Adam-Benveniste. Étude du spectre optique du nickel dans le flu- orure de lithium. Journal de Physique, 1965, 26 (6), pp.339-341. �10.1051/jphys:01965002606033900�.

�jpa-00205974�

339.

ÉTUDE DU SPECTRE OPTIQUE ^{DU NICKEL DANS} LE FLUORURE DE LITHIUM

Par P. BERGE, ^M. DUBOIS, ^{G. BLANC et M.} ADAM-BENVENISTE,

Service de Physique ^{du Solide et} de Résonance Magnétique, ^{Centre d’Études} Nucléaires de Saclay.

Résumé. 2014 Le spectre optique ^du fluorure de lithium dopé ^{au nickel a été} étudié. Ce spectre d’absorption s’interprète raisonnablement par la théorie du champ cristallin cubique. ^{Le nickel} responsable ^{de cette} absorption est substitutionnel et dispersé dans le réseau.

Abstract. 2014 The absorption spectrum ^of nickel-doped ^{lithium fluoride was} investigated ; ^the

results can be easily interpreted by ^{the cubic} crystalline field, ^{the Ni2+ ion} being substitutional and dispersed in the lattice.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^TOME 26, ^JUIN 1965,

Le fluorure de lithium LiF est dope par addition de NiF 2. ^Les monocristaux sont fabriqu6s par ^une m6thode de fusion [1]. ^{Des mesures} de conduc- tivit6 6lectrique ^montrent que les cristaux etudies contiennent 5 X 10-3 de nickel substitutionnel a haute temperature.

Rappel.

^{Ni2+ est un} element de transition dont la configuration electronique ^est 3d8. L’arran-

gement ^{de huit} electrons dans les dix ^cases de la couche 3d permet ^{d’obtenir les 6tats} 3F,1D, 3P, ^etc.

La r6gle ^{de Hund} indique que 3F ^est le niveau fondamental. La dégénérescence ^{orbitale de l’ion}

libre est done d’ordre 7. La th6orie des groupes

pr6voit que, lorsque ^{l’ion est dans un} champ ^cris-

tallin de sym6trie cubique, ^cette dégénérescence ^est partiellement levee pour donner ^un singulet ^A 2(r2)

et deux triplets T2(r4) ^et T 1(T3). Quand ^{la coordi-}

nation est octa6drique, c’est-à-dire quand ^l’ion paramagn6tique ^{est entoure de six} premiers ^voisins diamagnetiques, ^{comme c’est ie cas dans} LiF, ^c’est

le singulet qui ^{est le niveau le} plus ^{bas. La} s6pa-

ration entre le singulet A 2 ^{et le} premier triplet T2

est 6gale ^{à 11 = 10} Dg, ^{Do 6tant une unite de}

mesure de l’intensit6 du champ cristallin qui varie,

pour ^un ion divalent ^et suivant la géométrie ^du

cristal dans lequel ^{il est} inclus, ^{entre 700 et}

1200 cm-1.

Spectre optique (voir fig.1).

^La premiere ^raie

observ6e est dans l’infrarouge ^{a 8 100 cm-1, elle}

est due A la transition 3A2 --> 3T2. ^{On en deduit}

10 Dq ^{= 8 100 d’ou} Dg ^{= 810} cm-1, ^{ordre de} grandeur ^tres raisonnable [2].

La deuxi6me absorption importante ^{est situee à}

13 700 cm-1 (c’est ^elle qui ^est responsable ^{de la}

couleur verte des cristaux) ; ^cette absorption ^{est a}

rattacher a la transition 3A2 -> 3T1.

On note une absorption ^tres importante ^à

24 700 cm-1. Cette transition est ext6rieure au

multiplet ^{3F. Son} importance ^fait penser a ^une transition sans changement ^{de la} multiplicite ^de spin. Une telle transition est 3F --> 3P. Le niveau

excite 3P garde ^sa dégénérescence ^{d’orbite d’ordre 3}

dans un champ cubique : ^{on a un} triplet T1(T4).

La bande d’absorption ^{a 24 700 cm-1} correspond

donc a la transition 3A2(3F) ^-+ 3T 1(3 P).

Restent deux bandes d’absorption ^{faibles à}

15 400 et 22 000 cm-1. Les transitions correspon- dantes sont, ^elles aussi, ext6rieures au multiplet ^sF.

Elles se situent a une energie inf6rieure a celle

correspondant ^au niveau excite 3P. Dans le cas de l’ion libre, ^{le niveau} excite situe au-dessous de 3P est ’D. En champ cubique, ^la dégénérescence ^orbi-

tale d’ordre 5 de ce niveau va etre levee pour donner un doublet E(r3) ^{et un} triplet T2(rS)’ ^le

doublet 6tant le niveau inférieur. La raie à 15 400 cm-1 est due a la transition

et la raie a 22 000 cm-1 a la transition

Discussion des r6sultats.

Les elements de ma-

trice pour Ni2+ ont ete calcul6s _par Orgel [3]. ^A partir ^de IA, ^Low [2] ^a calcule les energies ^des

diflerents niveaux, ^en n6gligeant ^le couplage spin-

orbite.

Le tableau I donne les energies ^{des niveaux}

relatifs au spectre d’absorption que nous avons

6tudi6. Les energies ^sont mesur6es a partir ^dii

niveau de l’ion libre 3F.

TABLEAU I

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002606033900

340

avec

Ep, .ED, ^{EG sont les} energies des niveaux excites P, D, G dans le cristal quand Dg ^{tend vers} zero. Elles sont mesurees a partir ^du niveau fondamental 3 F.

Remarquons que, dans les formules du tableau I, Da ^{doit etre} pris n6gatif : ^{Dq = - 810 cm-1.}

Le tableau I montre que chacune des deux tran- sitions a 13 700 et 24 700 cm-1 nous permet ^de

determiner .Ep. Nous trouvons respectivement

16 000 et 14 000 cm-1. L’accord raisonnable entre

ces deux valeurs confirme l’interpr6tation ^{de ces}

deux raies d’absorption. ^{La valeur la} plus précise

doit correspondre a celle trouv6e a partir ^{de la}

raie a 24 700 cm-1 beaucoup plus ^{intense et}

mieux d6finie que celle a 13 700 cm-1. Nous adop-

terons donc Ep ⁼ 14 000 cm-1.

A partir ^des transitions a 15 400 et 22 000 cm-1 le tableau I montre que ^nous pouvons calculer ED (et Ea). ^{On trouve ED = 11 500 cm-I.}

L’ensemble de ces resultats nous permet ^{de re-}

construire le diagramme d’énergie pour Ni2+ dans LiF (voir fig. 2). ^{On a} report6 ^{sur ce} diagramme

les niveaux de 1’ion libre 3F, 1D, ^3P [4]. ^On peut

remarquer ^un bon accord avec les valeurs cal- cul6es Ep, ED, ^ces derDi6res 6tant 16g6rement ^infé-

rieures comme on doit s’y ^attendre.

FIG. 1.

Spectre d’absorption optique ^de LiF /Ni2+, a) ^A température ^ambiante.

b) ^{A 2 oK.}

On peut par ailleurs ^{trouver une} confirmation dans l’interprétation ^de la raie a 15 400 cm-1. On

peut ^voir (fig. ^{3) le} diagramme d’énergie simplifi6

FIG. 2.

Diagramme d’6nergie ^de Ni2+ dans LiF.

FIG. 3.

Diagramme simplifié ^de 1’energie de l’ion Ni2+

en fonction de Da.

341

de l’ion nickel en fonction de Dq. On remarque que le niveau 1 E(1D) ^est pratiquement parallele ^au

niveau fondamental 3A 2(3F). ^Ceci permet ^de pre-

voir que la transition 3A2(3F) -+ lE(lD) ^{sera fine} (pour Cr+++ c’est le cas des raies R1 ^et R2 ^du rubis). Effectivement la raie a 15 400 cm-r que

nous avons attribuee 6 cette transition est, ^{a 77} OK,

nettement plus fine que ^toutes les autres.

Iae spectre d’ahsorption optique ^{de LiF} dope ^au

nickel peut eritièrement s’interpréter ^dans 1’appro-

ximation du champ cristallin cubique, ^{Ni2+ corres-} pondant etant entour6 d’un octa6dre d’ions fluor ;

comme dans LiF fortement dope ^une partie ^des impuretes ^est rassembl6e a temperature ^ambiante

et ne se disperse qu’h plus ^haute temperature [5], [6], ^{il faut une} experience complernentaire pour affirmer que le spectre correspond ^{a Ni2+} disperse

dans le réseau. Le spectre d’absorption ^{a ete 6tudi6}

a temperature ^variable jusqu’A 615°C; ^{on cons-}

tate qu’il ^reste qualitativement inchangé ^et que l’intensite int6grAe ^{des raies} d’absorption augmente

au cours de la chauff e. Ce spectre ^ne peut ^{donc Atre}

rattaché qu’a ^la partie ^{de Ni2+} dispers6e ^{dans le}

r6seau.

Les bandes d’absorption ^{se r6solvent} partiel-

lement a basse temperature. ^Par exemple, ^{dans le}

cas de 1 a transition 3A2(,3F) ^-+ lE( 1D) ^{on voit à}

77 OK et a 4 OK deux pics d’absorption s6par6s par 450 cm-i. Cette resolution ^ne peut ^{etre due au} couplage spin-orbite (1’etat ^{excite ’D est diama-} gn6tique ^{et le niveau est} r 3). II semble done bien que ^cette resolution indique ^la perte ^de sym6trie cubiql1e ^{due a la} lacune induite n6cessaire a la

compensation de 1’exe6s de charge ^{de Ni2+.}

Manuscrit _{regu le} 18 mai 1965.

BIBLIOGRAPHIE [1] BENVENISTE (M.), Thèse, Paris, 1963.

[2] ^Low (W.), Phys. Rev., 1958, 109, ^247.

[3] ^ORGEL (L. E.), ^{J. Chem.} Physics, 1955, 23, 1004.

[4] ^SHENSTONE (A. G.), ^J. Opt. ^Soc. Amer., 1954, 44, ^749.

[5] ^BERGE (P.), BENVENISTE (M.), ^BLANC (G.) ^{et DUBOIS} (M.), ^{C. R. Acad.} Sc., 1964, 258, ^5839.

[6] ADAM-BENYENISTE (M.), ^A paraître.

QUELQUES EXPÉRIENCES RELATANT L’INDUCTION D’ONDES ACOUSTIQUES

DANS DIVERS MILIEUX MATÉRIELS

TRAVERSÉS PAR OU AYANT SUBI L’IMPACT D’IMPULSIONS LASER (1)

Par MARC BRUMA et MICHEL VELGHE,

Laboratoire Laser du Centre National de la Recherche Scientifique, Bellevue, Seine-et-Oise.

Résumé. - Les quelques observations signalées ^{dans la} littérature montrent qu’une impulsion

Laser induit dans divers milieux matériels tels que l’air, l’eau, les solides cristallins (par exemple quartz), ^{ou au contraire} amorphes (par exemple plexiglas), également dans divers milieux biolo-

giques, des vibrations acoustiques ^{dans une} large gamme de fréquences.

Nos expériences ^montrent qu’il ^est possible d’exploiter ^{cet effet en vue} d’une nouvelle méthode de démodulation d’un faisceau Laser par des couches minces de sulfure de cadmium ayant ^la parti-

cularité de fournir une tension piézoélectrique ^{avec un} temps ^de réponse comparable ^{à celui}

obtenu ^avec des photodiodes ^{au silicium.}

Ce nouveau procédé ^{de détection} permet de démoduler un faisceau Laser sans perturber ^sa pro-

pagation, ^le prélèvement d’énergie s’effectuant par l’intermédiaire des vibrations acoustiques

induites dans les milieux matériels dans lesquels le faisceau se propage.

Abstract. 2014 Laser induced acoustic vibrations in various materials have been detected by

conventional transducers (barium titanate, quartz) in the ultrasonic range, by optical techniques (Brillouin scattering), ^{in the} hypersonic range.

Experiments performed ^{at the} National Scientific Research Centre of France show that evapo- rated CdS thin films may be processed ^{to act as} pizeoelectric transducers for detecting ^{the laser}

induced elastic vibrations. Taking advantage ^{of the} high piezoelectric sensitivity ^{and fast res-}

ponse of CdS thin films, ^{it was} possible ^to detect the acoustic vibrations transfered in air by ^anun-

focused non-Q ^switched ruby ^laser beam, ^of 1/3 joule total energy ouput. ^{The wave form of the}

elastic vibrations detected by the CdS transducer are correlated to the laser pulse spikings ^{on a}

double beam oscilloscope ^{with the} response of ^a conventional silicon photodiode ^{(SD 100 from}

E. G. G.) ^as référence. In this expriment, the CdS thin-film transducer was not illuminated by

the laser beam, ^the propagation of the beam was not perturbed ^{or affected} by the presence of the detecting device, energy for détection being transfered via the elastic vibration in air along

the path ^{of the laser beam.}

LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 26, ^JUIN 1965, ^{PAGE 361.}

(1) Communication présentée ^{aux «} Journees de Physique », ^{16 au 18} septembre ^{1964 a} Royat.