Réflectivité de HfSe2, NiTe2, TiTe2 de 12 eV à 42 e

HAL Id: jpa-00231243

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00231243

Submitted on 1 Jan 1976

HAL

is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire

HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Réflectivité de HfSe2, NiTe2, TiTe2 de 12 eV à 42 e

R. Mamy, B. Thieblemont, O. Cerclier

To cite this version:

R. Mamy, B. Thieblemont, O. Cerclier. Réflectivité de HfSe2, NiTe2, TiTe2 de 12 eV à 42 e. Journal

de Physique Lettres, Edp sciences, 1976, 37 (4), pp.85-87. �10.1051/jphyslet:0197600370408500�. �jpa-

00231243�

L-85

RÉFLECTIVITÉ DE HfSe2, NiTe2, TiTe2 DE 12 eV A 42 eV (*)

R. MAMY

Laboratoire de

Physique

des Solides

(**),

Université Paul

Sabatier,

^Toulouse

et

L.U.R.E., Orsay,

^France

B. THIEBLEMONT

Groupe

^de

Physique

des Milieux

Condensés,

Université

Marseille-Luminy

et

L.U.R.E., Orsay,

^France

et O. CERCLIER

Laboratoire de Chimie des

Matériaux,

Université de

Provence, Marseille,

^France

(~e~u

^le

5 janvier 1976, accepte

^le

29 janvier 1976)

Résumé. ²⁰¹⁴ La réflectivité des composés lamellaires HfSe2, NiTe2 ^et TiTe2 ^a été mesurée entre 12 eV et 42 eV en utilisant le rayonnement

synchrotron

d’Orsay (L.U.R.E.).

Les structures observées dues à l’excitation de niveaux

profonds

^de Hf, ^{Te et Ti servent de base}

pour ^un modèle

qualitatif

de densité d’états de conduction.

Abstract. ²⁰¹⁴ The

reflectivity

^{of the} layer ^structure

compounds : HfSe2, NiTe2, TiTe2

^{has been}

measured between 12 eV and 42 eV,

using synchrotron

^{radiation at} Orsay (L.U.R.E.). ^The Hf,

Te and Ti core level excitation spectra ^are discussed in terms of the conduction band densities of states.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE -"LETTRES

Classification

Physics ^Abstracts

8.824

TOME 37, ^AVRIL 1976,

Les

composes ^etudies, HfSe2, TiTe2, NiTe2,

^sont

des

dichalcogenures

de metaux de

transition,

^formes

de feuillets faiblement lies entre eux.

Chaque

^feuillet

est constitue d’une couche de metal

placee

^{entre deux}

couches de

chalcogene,

la liaison intra-feuillet etant covalente

[1].

^Deux types ^de

configuration

^sont

possibles

^{autour du}

metal,

^la

configuration octaedrique

et la

configuration prismatique trigonale.

^{Selon la}

configuration,

les etats d sont

separes

différemment par le

champ

cristallin : dans le cas

octaedrique

^les

états d se

décomposent

^en 2 groupes :

dxz, dyz

^d’une

part, dZ2, dxy d.,2-,,2

^{d’autre part; dans le cas}

^prisma- tique trigonal

^{la bande}

dz2

^se detache de ce dernier groupe. Les calculs de bandes

[2, 3]

^{ne montrent} pas

une

separation

^{aussi nette due aux}

symetries,

^{et les}

bandes d sont

hybridees

^entre elles. Plus

generalement,

il _y a

hybridation :

des orbitales _s-p du metal et du

chalcogene,

des orbitales d du metal et s-p du chal-

cogene.

^{Dans le cas de}

HfSe2,

les calculs conduisent a trois bandes d

distinctes,

^la bande inferieure

(essen-

tiellement

dz2)

^etant

separee

de la bande de valence par ^une bande interdite de

1,1

^{eV. Dans}

TiTe2 qui

^est

(*) ^{Ce travail a} reçu 1’appui financier de la D.G.R.S.T. (contrat 73-7-1583) ^et du C.N.R.S. (A.T.P., ^{contrat A} 201).

(**) ^{Associe au C.N.R.S.}

un

semi-metal,

^{la bande}

dZ2

^recouvre

legerement

^la

bande de valence

superieure. NiTe2,

^{dont la structure}

de bande _{n’est pas connue,} a un caractere nettement

metallique.

Les resultats _que nous

presentons

^ont ete obtenus

en utilisant comme source le rayonnement

synchroton

de I’anneau de collisions

d’Orsay (ACO).

^{Les mesures}

de reflectivite ont été effectuées sous incidence

quasi- normale,

^{a la}

temperature ambiante,

^{entre 12 eV et}

42

eV,

^{avec un} monochromateur a incidence nor-

male

[4].

^{Lds donnees}

experimentales

^{sont traitees}

par ^un calculateur

qui

donne le trace de la réflec- tivite.

L’acquisition

des donnees a ete realisee _par D.

Dagneaux.

Les mesures de reflectivite au-dela de 12 eV doivent mettre en evidence les transitions a

partir

^{de niveaux}

profonds (etats

^{s du}

chalcogene

^{et etats}

sous-jacents,

notamment etats _p du

metal).

^Les structures corres-

pondantes

^{dans les} spectres doivent donner I’allure des densites

partielles

des etats de conduction. Pour obtenir

plus

^de

precision

^sur les densites d’etats a un

electron,

il faudrait tenir compte des valeurs des ele- ments de

matrice,

^de

1’hybridation

^des

bandes,

^des

perturbations

introduites _par la creation d’un trou dans un etat de coeur... Le

present

^{travail est une}

premiere analyse qualitative,

essentiellement axée sur

1’etude de la forme des etats d de conduction.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyslet:0197600370408500

L-86 JOURNAL DE PHYSIQUE - ^LETTRES Nous avons etudie trois

composes

^a

configuration

octaedrique :

1.

HfSe2 (Fig. 1).

-1.1 DE 30 A 40 eV. ^- Les trois maximums a

32,2 eV, 34,1 eV, 35,8

^{eV ont} pour

origine

les transitions des electrons

5P3/2

^{de Hf vers}

les etats d de conduction

[5].

^Le debut des transitions

se situe vers 31 eV. Nous supposons que 1’allure de la réflectivité a

partir

^{de cette}

energie

^{donne la}

position

des maximums de la densite d’etat d de

conduction,

ce que nous avons schematise sur la

figure

^4.

Ces resultats sont en bon accord avec les calculs de

Murray et

^al.

[2]

^{tant en ce}

qui

^concerne le nombre de

pics

que la

largeur

^totale

(6 eV)

^de

ceux-ci,

^{et leur}

posi-

tion relative.

’

Rappelons

que ^ces transitions ont été mises en

evidence _par

pertes d’energie

d’electrons

[6]

^a

33,1

^eV

et

36,6

^eV.

1. 2 DE 12 A 30 eV. ^- Nous observons un

large

maximum d’ou

emergent

^deux

pics

^a

16,6

eV et 18 eV.

La

large

^{bande est due aux} transitions des electrons 4s de

Se,

^{situes a environ 12 eV} au-dessous du sommet de la bande de valence

[3]

^{vers les etats} p de conduction.

Les deux

pics proviennent

de 1’excitation des elec- trons 4f de Hf vers la

premiere

^{bande de}

conduction dz2.

L’écart de

1,4

^{eV entre les deux}

pics provient

^{de la}

separation

par interaction

spin-orbite

^{du niveau}

initial. Notons que des mesures de

photoémission

effectuées sur

HfS2 [7]

^{on tire une}

separation

^de

1,9

^eV

entre les etats

4f7/2

^et

4f~.

^{Si on} fait abstraction des deux

pics,

^le

large

maximum de reflectivite est une

image

de la densité d’etats _p de

conduction,

^ce que

nous

representons

^{sur la}

figure 4,

ou les intensités relatives des différents

pics

p ^ou d sont naturellement arbitraires. Le maximum de la densité d’etats

p est

a

5,5

eV au-dessus du niveau de

Fermi;

^{notre schema}

montre la

superposition

^en

energie

des etats d et p de

conduction, signe probable

d’une forte

hybridation.

2.

NiTe2 (Fig. 2).

^- 2.1 DE 12 A 30 eV. ^- Les

transitions,

^a

partir

^{des etats 5s de Te}

[5], produisent

un

large

^{maximum entre 12 et 30 eV}

qui,

^{comme dans}

le cas

precedent,

reflete la densite d’etats _p de conduc- tion. Nous avons

represente

^{cette densite}

partielle

sur la

figure

^4.

FIG. 2. ^- Réflectivité de NiTe2.

2.2 DE 30 eV A 42 eV. ^- Nous observons un

pic

a 40 eV et un

epaulement

^vers

41,3

^eV

qui

^corres-

pondent

^{l’un et} I’autre a l’excitation des electrons 4d de Te vers des _{etats p} de conduction. L’interaction

spin-orbite

^est

responsable

du dedoublement _par

clivage

du niveau d de Te. L’ecart mesure

(1,3 eV)

est en bon accord ^avec celui _que trouvent

Sonntag

et al.

[8]

par

absorption

^dans le Tellure

(1,35 eV).

L’absence de transitions a

partir

^d’etats p de _cceur,

ne

permet

pas de situer les etats d de conduction.

3.

TiTe2 (Fig. 3).

^- 3.1 DE 12 A 30 eV. ^- Les transitions ayant pour

origine

les etats de 5s de Te donnent un

large

^{maximum entre 12 et 30 eV. Cela}

permet de schematiser la densite d’etats _p de conduc- tion sur la

figure 4,

le maximum etant a

4,5

eV au-dessus du niveau de Fermi.

FIG. 3. ^- Refiectivite de TiTe2.

~’

’

3.2 DE 30 A 42 eV. ^- Cette

region

^du

spectre

^est la

plus

delicate a

interpreter

^{a cause du} recouvrement de deux series de transitions

[5] :

- electrons

3p

^{de Ti vers} les etats d de

conduction,

- electrons 4d de Te vers les etats _p de conduction.

L’existence de ces demises transitions dan~

NiTe2

facilite

l’interpretation

des maximums observes a

35,3 eV, 39,5

^{eV et}

41,4

^{eV. On}

peut

^{en effet} supposer raisonnablement

qu’il

^{existe une} etroite similitude entre les etats de

Te

dans les deux

composes.

^Les

structures observees

representent

^la

superposition

^des

deux series de transitions. Si nous retranchons la contribution de la deuxieme

s6rie-(tir6e

^du spectre de

NiTe2),

^nous obtenons deux maximums a

35,3

^eV

et 39 eV

qui

refletent la densite d’etats d de conduction.

REFLECTIVITE DE HfSe2, NiTe2, TiTe2 L-87

FIG. 4. ^- Densites d’etats proposees. ^{Les niveaux} atomiques indiques proviennent ^des tables de Bearden et Burr [3]. ^{Il faut noter}

que seule la partie situee au-dessus du niveau de Fermi represente

des densites d’etats partielles experimentales. ^{Pour les etats} occupes,

seule la position ^{a été} indiquee.

Le debut des transitions se trouve a 34

eV,

^{et nous} schematisons la densite d’etats d sous la forme de deux

pics

^a

1,3

^{eV, et 5 eV} au-dessus du niveau de Fermi. Les bandes d auraient ainsi une

largeur

^totale

de 6 eV alors _que le calcul de

Murray et

^al.

[2]

^ne

pré-

voit _{que 3 eV.} Cette situation semble

analogue

^{a celle}

de

TiS2

^ou

l’expérience

^{donne une}

separation

^des

bandes d

plus grande

que le calcul

[9, 10].

^Ici

aussi,

nous avons une

hybridation

^{des etats d et} p de conduction.

Les resultats obtenus _par des mesures

d’absorption

dans Ti

[11]

^montrent que les transitions a

partir

^des

etats

3p

s’etalent de

34,6

^{eV a 60}

eV, ce qui

^{a ete}

explique

par 1’effet de

decomposition

^en etats multi-

plets

pour les metaux de transition

[12].

^Ce

pheno-

mene ne peut pas etre mis en evidence sur notre spectre limite a 42 eV.

Des informations

complementaires

pourront ^etre tirees de

spectres d’absorption

^{vers les}

grandes energies

et des mesures de

photoemission.

Remerciements. ^- Les auteurs tiennent a remercier tous ceux

qui

^{leur ont}

apporte

leur aide : les

equipes

du LINAC - en

particulier

^{le Dr P.}

^Marin

^{-, d’ACO}

et les

equipes

^de LURE pour leur

assistance,

^les techniciens et chercheurs du Laboratoire

d’Optique

des Solides de Paris VI et des Laboratoires de

Physique

des Solides de

Marseille-Luminy

^{et de}

Toulouse, qui

^{ont mis au}

point

^notre

systeme

^{de mesures.}

Bibliographie [1] WILSON, ^{J. A. et} YOFFE, A. D., Adv. Phys. 18 (1969) ^193.

COUGET, A., Thèse, ^Toulouse (1973) ^{n° CNRS : AO 8324.}

MARTIN, L., Thèse, ^Toulouse (1974) ^{n° CNRS : AO 10.188.}

[2] MURRAY, ^R. B., BROMLEY, ^{R. A. et} YOFFE, A. D., ^J. Phys. ^{C 5} (1972) 746.

[3] MATTHEISS, ^L. F., Phys. ^{Rev. B 8} (1973) ^3719.

[4] POUEY, M., Rapport Projet LURE, janvier ^1975.

[5] BEARDEN, J. A. et BURR, ^A. F., ^Rev. Mod. Phys. ³⁹ (1967) ^125.

[6] BELL, ^M. G. et LIANG, W. Y., Adv. Phys. (à paraître).

[7] SHEPHERD, F. R. et WILLIAMS, ^P. M., ^J. Phys. ^{C 7} (1974) ^4416.

[8] SONNTAG, B., TUOMI, ^{T. et} ZIMMERER, G., Phys. ^{Stat. Sol. B 58} (1973) ^2239.

[9] FISCHER, D. W., Phys. ^{Rev. 8} (1973) ^3576.

[10] SONNTAG, ^{B. et} BROWN, F., Phys. ^{Rev. B 10} (1974) ^2300.

[11] SONNTAG, B., HAENSEL, ^{R. et} KUNZ, C., Solid State Commun.

7 (1969) ^597.

[12] COMBET-FARNOUX, ^{F. et} LAMOUREUX, M., IVth Intern. Confer.

on V.U.V. radiat. physics, Hambourg (1974).