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Recherches sur les phénomènes magnéto-optiques dans les cristaux et les solutions solidifiées, à la température de l'air liquide

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: jpa-00242272

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242272

Submitted on 1 Jan 1908

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les cristaux et les solutions solidifiées, à la température de l’air liquide

Jean Becquerel

To cite this version:

Jean Becquerel. Recherches sur les phénomènes magnéto-optiques dans les cristaux et les solutions

solidifiées, à la température de l’air liquide. Radium (Paris), 1908, 5 (1), pp.5-17. �10.1051/ra-

dium:01908005010501�. �jpa-00242272�

(2)

peu de radium D. En outre, la liqueur contient encore

la plus grande partie du radium D ;

5° En transforn1ant la prelnière fraction en azo-

F’ig. 3.

bourbe de la première fraction : activité fi observée diminuée de la valeur de l’activité f3 relativeuient constante.

tate, onpeut répéter la précipitation qui donne un ren-

demcnt meilleur.

4° On a pu observe dans certains cas que la lu- mière influençait avantageusement la réaction au

puint de vue de la séparation des substances actives.

Étude sur l’entraînement.

On a fait une série d’expériences pour déterminer les matières qu’on peut enlever par entrainement. La matière qui est la plus sensible à ce point de vue est

le polonium. Il est très facile de trouver des cas

simples, quand l’activité a du corps ainsiobtt’nua une valeur de 500-1000 unités. Ces corps ne contiennent que peu de radium E et en général pas du tout de radium D.

Pour effectuer un tel entrainement on mélange par

exemple une petite quantité d azote durante avec

une dissolution d’azotate de plomb et on y ajoute

ensuite un peu d’eau oxygénée. Au bout d’une heurte

on a déjà un léger précipité dhy peroxyde d’uranium, qui entraine une partie du polonium et un peu de radium.

Quelquefois il n’est pas nécessaire de faire une réaction pour eniraîner la substance. Il est dans cer-

tain cas suffisant d’y ajouter une matière en suspen- sion. Par exemple en ajoutant de l’hydrate de thorium

dans la dissolution et en agitant on obtient une sub-

stance très fortement active en rayons n. Dans ces con- ditions le radium E n’est entraîné qu’en petite quantité.

Je dois encore ajouter que la constante de temps du radium E correspondait dans certains cas au ra-

dium Eu dans d’autres au radium E,. J ai même

observé quelquefois un nombre intermédiaire entre les constantes de E1 et de E.-

En terminant, je tiens a exprimer toute nia recon-

uaissance à Mme Curie et à M. I)ebierne pour la grande

bienveillance avec laquelle ils me sont venus en aide

au cours de ce travail.

[Reçu le 12 janvier 1908.]

Recherches sur les phénomènes magnéto-optiques

dans les cristaux et les solutions solidifiées,

à la température de l’air liquide

Par Jean BECQUEREL,

Ingénieur des ponts et chaussées. Assistant au Muséum.

1.

-

Avant-propos.

On sait que les cristaux de xénotinte et de tysonite possèdent des bandes d’absorption variables sous

l’action d’un chalnp magnétique 1. Bien que ce phéno-

mène soit de méme natur e que l’effct découvert par M. Zeeman dans les spectres des vapeurs incandes- centes, il présente avec le phénomène de Zeeman un

certain nombre de différences dont les plus lônda-

mentales sont les suivantes :

1° L’ordre de grandeur des déplacements est pour

beaucoup de bandes notablement supérieur à l’ordre

de grandeur de l’effét observé dans les vapeurs. L’écar-

1. tp Radium, 4, 2, p. 49 et 3. p. 107.

tement des composantes de quelques doublets dépasse.

en effet, 103BC03BC dans un champ de 5’ 000 gauss (xénotime.

bandes 64203BC03BC, 27 et 64303BC03BC, 45).

2° Lorsque l’axe optique du cristal et le faisceau lumineux sont parallèles aux lignes de force d’un champ magnétique, les bandes correspondant à l’absorption de vibrations circulaires d’un sens déter- mine sont déplacées aussi bien vers les petites que

vers les grandes longueurs d’onde. Au contraire, dans

toutes les manifestations actuellement connues du

phénomène de Zeeman, les raies d’absorption de

vibrations circulaires avant le sens du courant magné-

tisant sont toujours déplacées vers les petites longueur

d’onde et l’on a conclu de ce fait que les spectres de

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01908005010501

(3)

raies des vapeiirs métalliques sont toujours dues u des

vibrations d’électrons négatifs.

Pour rendre compte de la grandeur et de la varia- bilité du sens des déplacements des bandes du xéno-

time, j’ai, dès les premières expériences, émis les hypo-

thèses suivantes. cc Ce phénomène pourrait être à

des variations non seulement dans l’intensité, mais

même dans le sens du champ magnétique a l’intérieur de certains atomes; il semble plus vraisemblable

d’expliquer le phénomène en admettant que certaines bandes correspondent à des vibrations d’éleci1"ons

positifs, non ohservés jusqu’à présent dans les phéno-

mènes magnéto-optiques 1. »

D’après cette dernière hypothèse les bandes d’absorp-

tion des cristaux sont dues les unes à des électrons

négatifs, les autres a des électrons positifs. Le rapport de la charge à la masse de ces électron, variahle

d’une bande à l’autre, est pour certaines bandes, de l’une ou de l’autre espèce, neuf fois supérieur au rapport de la charge à la masse des corpuscules catho- diques.

Cette interprétation, qui paraît la plus simple dans

les théories actuelles, heurte les idées généralement acceptées aujourd’hui par la plupart des physiciens: en

effet, d’une part tous les électrons négatifs sont consi-

dérés comme identiques aux corpuscules cathodiques

ou aux rayons p ; d’autre part les ions positifs jusqu’à présent obtenus, loin de posséder une masse plus petite

que celle des corpuscules cathodiques, se distinguent

au contraire des électrons négatifs par une valeur beau- coup plus faible du rapport de la charge à la masse.

On n’a encore jamais observé d’électrons positifs, ne

dilférant des électrons négatifs que par le signe de

leur charge ; on a seulement été conduit, dans cer-

taines théories des métaux et en particulier pour rendre compte de la variabilité du sens de l’effet

Hall, à admettre la possibilité de l’existence de ces

électrons positifs, sans toutefois pouvoir expliquer

pour quelle raison, s’ils existent. ils ne se révélent pas dans les mêmes conditions que les électrons néga-

tifs.

L’lypothèse de la variabilité de l’intensité et du sens

de l’induction magnétique à l’intérieur de certaines

régions moléculaires permet d’expliquer les phénomènes

observés dans les cristaux, sans attaquer l’invariahi- lité de l’électron négatif et sans supposer l’existence d’électrons positifs. Aussi cette hypothèse a-t-elle paru satisl’aisante à plusieurs physiciens 2.

Il était important de remarquer que les cristaux étudiés renferment des corps paramagnétiques (erbine, didyme) et de se demander si le paramagnétisme de

ces substances pourrait avoir quelque relation avec

1. C. R. de l’Acad. des Se., 9 avril 1906.

2. W. VOIGT. Nachrichten der K. Gesellschaft der Wiss.

z. Göttingen.,1906, Heft 5.

W. M. PAGE. Cambridge Transactions, 20, n° 13, page 291.

quelques-uns des effets inattcndus qui ont été observes.

Il est en effet bien évident qu’un champ extérieur,

modifiant le mouvcment des électrons absorbants, change le champ magnétique produit par leurs vibra- tions, et par suile qu’il existe une liaison entre les

modifications des bandes d’absorption dans un champ magnétique et les propriétés magnétiques des corps.

D’après la loi de Curie, la susceptibilité parama-

gnétiquc est invcrsement proportionnelle à la tempéra-

ture absolue, tandis que le diamagnétisme est indé- pendant de la température. Cette loi établit une sépa-

ration radicale entre les deux effets, et, pour rechercher si les déplacements dcs bandes se rattachent a l’un ou à l’autre phénomène, il iniporlait de voir si les varia-

tions de température ont ou n’ont pas d’influence sur les changements de période des électrons absorbants

sous l’action d’un champ extérieur.

Je montrerai que ces changel1u’nts de péa°2ode sont,

dans la lirnite de précision des mesures, indépendants

de la température et doivent être rapprochés ri2e dia- magnétisme) dont ils sont probablement la cause pre- 111. ière 1.

II.

-

Emploi des très basses températures pour

l’analyse spectrale et pour l’étude des phéno-

mènes magnéto-optiques.

Les expériences ainsi entreprises dans le but de rechercher si les déplacements des bandes, sous l’in-

fluence d’un champ magnétique, dépendent ou non de

la température, m’ont conduit à observer un phéno-

mène d’une toute autre nature, qui a fait l’objet d’un

travail récemment publié2, dont je rappellerai les prin- cipaux résultats.

Sous l’action d’une élévation de température les

bandes d’absorption s’étalent et deviennent floues. Un refroidissement produit l’effet inverse et, à la tempé-

rature de l’air liquide, les bandes des cristaux de terres

rares prennent une netteté tout à fait remarquable. La plupart des bandes deviennent beaucoup plus intenses qu’à la température ordinaire, certaines d’entre elles

se résolvent en composantes, enfin un certain nombre de bandes nouvelles apparaissent.

L’étude de ce phénomène dans les cristaux a montré que la largeur des bandes varie proportionnelle nient

à la racine carrée de la température ahsolue eu la

mesure de la dispersion anomale a permis de calculer à diverses températures les constaltes diélectriques correspondant à différentes bandes, et d’en déduire la charge totale et la masse totale, par centimètre cube des électrons absorbants produisant une bande déter- minée. Toutes ces quantités augmentent en général 10Is(!ue la température s’abaisse jusqu’à -190°.

1. Voir P. LANGEVIN. Journ. de Phys., 4e série, 4, 1906,

page 678.

2. Le Radizun, 4, 9, page 528.

(4)

Des recherches nouvelles ont étendu aux solutions

solidifiées les résultats obtenus avec les cristaux naturels 1. Les solutions de sels de terres rares,

observées avec un spectroscope assez dispersif, pré-

sentent, à la place des groupes de bandes assez nettes des cristaux contenant les mêmes corps, de larges

bandes floues qui ont, dans les conditions ordinaires,

un aspect plus ou moins dissymétrique et à l’intérieur

desquelles on entrevoit quelquefois plusieurs maxima.

Les solutions de sels de didyme, erbium, sama- rium, etc., dans les divers alcools ou dans l’eau addi- tionnée d’alcool, restent liquides jusqu’à très basse température, puis deviennent visqueuses et se solidi-

fient complètement à une température supérieure à

celle de l’air liquide en restant transparentes. Les larges bandes observées à la température du labora-

toire se trouvent, à - 188°, séparées en nombreuses composantes parfois très nettes et intenses. On obtient donc, comme dans les cristaux, un rétrécissement des bandes accompagné d’une très grande augmentation

d’intensité.

Ce phénomène, qui est général et qui se manifeste également avec les solutions alcooliques des matières

colorantes, est susceptible d’applications considérables pour l’étude des spectres d’absorption.

En particulier, la résolution des bandes d’absorp-

tion montre tout le parti qu’on peut tirer de l’analyse spectrale aux très basses températures pour la re-

cherche et l’isolement des terres rares.

Dans le présent mémoire, nous nous occuperons seulernent de l’application de ce phénomène à l’étude

des déplacements des bandes dans un champ magné- tique. Les bandes des solutions étant, à la température ordinaire, larges et partiellement superposées, il est impossible d’observer leurs déplacements sous l’in-

fluence du magnétisme. A très basse température, grâce aux rétrécissements qui séparent les diverses

bandes, et grâce à l’augmentation d’intensité qui .permet de voir ces bandes sous la faible épaisseur

nécessaire pour obtenir un champ intense, il a été possible de constater qu’un grand nombre de bandes des sels de didyme et d’erbium en solutions sont

variables dans un champ magnétique.

III.

-

Variation des bandes d’absorption des

cristaux de terres rares dans un champ ma- gnétique, à la température de l’air liquide.

1, Dispositif.

-

Le spectrographe, qui a servi à

l’étude des phénomènes magnéto-optiques, a été pré-

cédemment décrit 2 (réseau plan de Rowland, à

568 traits au millimètre et 8 centimètres de largeur, objectif de 1 m50, de distance focale). La seule modifi-

1. C. R. de l’Acad. des Sc., 9 et 50 décembre 1907 2. Le Radium,,. 4, 2, page 49, et n° 9, page 551.

cation consiste dans le dispositif employé pour porter

les substances à très basse température. La lame

cristalline est maintenue par une pince il l’extrémité d’une tige de verre, dans un tube à enceinte de vide,

à l’intérieur duquel on verse de l’air liquide. La lame pouvant être très étroite, la partie du tube où elle se trouve est rétrécie de manière à avoir 5 a 4 milli- mètres de dianiètre intérieur ct 7 à 8 millimètres de diamètre extérieur, y compris l’espace vide. On peut

ainsi rapprocher suffisamment les pôles d’un électro- aimant Weiss et obtenir un champ assez intense. Dans les expériences qui vont être décrites, j’ai pu réaliser

un champ maximum de 18 000 gauss avec des pôles pleins à extrémité tronconique et de 15000 gauss

avec des pôles percés. Je suis parvenu depuis quel-

ques jours à faire réduire encore le diamètre extérieur du tube à air liquide, afin de rapprocher davantage

les pôles, et à modifier la forme de la partie élargie

de ce tube, de manière à employer les bobines supplé-

mentaires de l’électro-aimant.

20 Propagation de la lumière dans une di- rection parallèle aux lignes de force d’un champ magnétique. - Lorsque l’axe optique d’un

cristal uniaxe et le faisceau lumineux sont parallèles

aux lignes de force d’un champ magnétique, les

bandes se séparent en deux composantes qui corres- pondent à des vibrations circulaires inverses. Si l’on

dispose devant la fente du spectroscope un rhomboèdre

de spath précédé d’une lame quart d’onde, permettant d’obtenir dans l’oculaire deux plages contiguës et d’analyser à la fois deux vibrations circulaires inverses,

on voit les bandes se déplacer en des sens opposés

dans les deux plages.

Pour toutes les bandes sensibles du xénotirne et de la lysonite, l’ecart des composantes dans un champ

déterminé est invariable quelle que soit la tempéra-

ture.

La bande 52203BC03BC, 15 du xénotime, fine et particu-

lièrement sensible au champ magnétique, se prête à

des mesures précises. Une expérience très rigoureuse peut être laite de la manière suivante : la lame cris- talline est soumise au champ magnétique à la tempé-

rature ordinaire; on projette sur la fente du spectro- graphe l’image de cette lame, sans interposer d’analy-

seur, et on photographie le doublet obtenu. Sans déplacer

le cristal et sans toucher au spectrographe ni à la plaque photographique, on verse de l’air liquide dans

le tube et on projette l’image du cristal sur la fente,

de manière à juxtaposer le spectre à basse tempé-

rature et le spectre à la température ordinaire. Comme le cristal n’a pas été déplacé, on est bien certain d’avoir exactement le même champ magnétique dans

les deux opérations ; on constate sur le cliché que

1. Les lames des divers cristaux ont été très habilement

taillées pal’ 11. Werlein.

(5)

l’écartement du doui)let pas varié. L’ensemble des deux composantes es[ spulelncnt un peu déplacé du

côté du violct, car la bande 1,’i se déplace légèrement vers lcs peti tps longueurs d’onde sous l’in-

fluence d’un refroidissement. Cette expérience peut d’ailleurs être répotée pour toutes les bandes et l’on

observe toujours l’invariabilité des décalages entre les

composantes correspondant à dem vibrations cireu- laires inverses.

L’experzence montre donc que, dans la limite de

precision des observations, les chaugements de pé-

riorle des electi-ons absoi-baîits, sous l’influence £1’ lin champ magnétique, sont indépendants de la tentpe1Yt-

ture.

Nous obtenons donc la réponse à la question qui

avait motivé ces expériences. Même dans les corps paramagnetiques, les déplacements des bandes con-

stituen t un phenoniène de diamagnetisme, indépen-

dant des variations du pal amagnetisme sous l’in- fluence des changements de (enipel ature.

Xénotime1. - Les figures 1, 2 et 32 représentent,

pour tlois groupes du xénotinle, les décalages entre

Fig. 1.

-

Xénotime. Vibrations circulaires inverses.

Lame de 0""",8; 2me spectre réseau Rowland. Groupe vert bleu.

Echelle : 1nnn représente 003BC03BC, 16.

a) 485,3 b) 485,6 c) 486.0 Champ maonëtique ; 12000 gauss.

Température de l’air liquide.

les composantes correspondant à des vibrations circu- laires inverses. Ces usures doivent être rapprochées

des figures 5, 6 et 7 du mémoire publié précédem-

ment dans le Radium (t. IV ; p. 55; février 1907);

Fig. 2. - Xénotilne. Vibrations circulaires inverses.

Lame de Omm, 8 ; 2me spectre réseau Borland. Groupe vert.

Echelle 1mm représente 0 03BC03BC,165.

a) 520 03BC03BC, 61 b) 522 03BC03BC, 15 c) 525 03BC03BC, 17 Champ magnétique : 1200n gauss.

Température de l’air liquide.

les épreuves photographiques ont été obtenues avec la

même lame cristalline, de 0mm, 8 d’épaisseur3. On

1. Pliospliate d’yttrium et d’erbium; spectre de l’erbium.

2. Dans la figure 3 le sens du champ n’est pas le même que dans les heures ’1 et 2.

3. Les décalages sont d’ailleurs Indépendants de l’épaisseur.

voit, combien le phénomène est plus net a basse tem- pérature; en particulier si t’on compara la figure 1 ci-contre a la figure 5 du précédent mémoire, on

observe à la température de

-

188° plusieurs bandes

Fig. 3.

-

Xellolimc. Vibrations circulaires inverses.

Lame de 0mm, 8; 1er spectre réseau Rowland. Groupe rouge,

Echelle :1mm représente 003BC03BC, 52

a) 65003BC03BC,5 b) (i5 7 c) 633 03BC03BC, 9 d) 65803BC03BC, 10 Champ magnérique : environ 13000 gauss.

Température de J’ùir litluide.

fines qui dans les conditions ordinaires empiétaient

les unes sur les auti cs, ou mèmc étaient invisibles.

Dans la figure 2 se trouve la bande très sensible 52203BC03BC,15 (b) sur laquelle j’ai attiré l’attention quel-

ques lignes plus haut.

J’ai donné précédemment pour plusieurs groupes du xénotime les valeurs des décalages entre les coinpo- santes des bandes; bien que les mesures faites à la

température de l’air liquide soient plus précises et

aussi pins complètes puisqu’elles peuvent ètre éten-

dues à des bandes primitivement invisibles, je ne publierai pas maintenant de nouveaux résultats numé-

riques relatifs au xénotime,. En effet nous devons, le

professeur Kanlerlingll Onnes et moi, reprendre ces

recherches au laboratoire cryogène de l’Université de

Leyde, aux températures considérablement plus basses

obtenues au moyen de l’lydrogène liquide. Si les

difficultés expérimentales n’apportent pas un obstacle à l’observation du phénomène aux plus basses tempé-

ratures actuellement réalisables, les résultats numé-

riques comporterollt une précision encore beaucoup plus grande.

Je me bornerai donc pour l’instant à décrire quel-

ques nlodifications dil’ficilement visibles a la tempéra-

ture ordinaire et qui apparaissent nettement à la tem- péra ture de l’air liquide.

J’avais précédemment signalé (Radium, t. IV,

p. 54) qu’une bande du xénotime (65703BC03BC, 16) se déplace du côté du rouge dans chacune des deux

plages, quel que soit le sens du champ, et que les deux composantes possèdent une différence d’intensité

sans qu’on puisse observer d’une maniére certaine un

décalage entre elles. J’avais interprété les observa- tions en émettant l’hypothèse d’une orientation des

tra,,ectoires des électrons sous l’inlluence du champ magnétique.

L’explication véritable est toute autre : on voit sur la figure 6 (Sp. 1, (b)) que la bande en question est double; celle des deux bandes qui a la plus faible longueur d’onde est très sensible alors que la seconde

se déplace très peu dans le champ nlagnétique; les

(6)

milieux des deux bandes se rapprochent alors dans l’une des deux plages et s’éloignent dans l’antre

plage; cet effet produit l’apparence qui avait été

observée à la température du laboratoire.

L’abaissement de température a révélé une inocli-

fication d’un type nouveau (lui n’a pas encore, à

ma connaissance, été observé dans les manifesta- tions du phénomène de Zeeman. Les deux compo- santes circulaires d’un grand nombre de bandes,

tout en présentant entre elles des décalages plus ou

moins grands, prennent en mème temps une très notalc différence d’intensité. Parmi ces bandes je

citerai lrs suivantes : 48503BC03BC, 3; 48503BC03BC, 6; 48Gp.p.,O [figure 1 (a), (b), (c)]; 52303BC03BC, 17 [fig. 2 (c)];

64203BC03BC, 3; 64303BC03BC,4; 64503BC03BC, 2; 646M03BC03BC;6; 63403BC03BC, 7;

655:J.p.,9; les deux dernières bandes, extrèmement

6nes, ont des composantes d’intensités très diffé- rentes ; le phénomène est visible sur la figure 5 en (b) et (c).

Nous venons de voir que, pour la bande 657, dont

les composantes sont très inégales a la température ordinaire, l’ell’et est expliqué sans aucun doute par la

complexité de la bande. Peut-être en est-il de même pour quelques-unes des baodes que je viens de citer, qui se dédoubleraient à une température suffisam-

incnt basse. Cependant, certaines de ces bandes sont d’une grande finesse; leurs déplacements sont très no-

tables et peuvent être suivis depuis de faibles valeurs du

cliamp jusqu’aux plus intenses; les changements d’in-

tensité se font très progressivement au fur et à me-

sure que les composantes s’écartent ; il me parait dif’- ficile, dans ces conditions, de considérer toutes ces

bandes comme complexe.

Un doit remarquer que lesens des dissymétries d’ in-

tenst»té ne dépend pas du sens des déplacements des

vibrations circulaires. Les bandes (a), (b), (c) de

la figure 1 en sont une preuve; on peut citer encore

les bandes 64203BC03BC, 3 et 64303BC03BC, 4 qui donnent toutes

deux des décalages sensiblement égaux dans le sens correspondant à des électrons négatifs : pour la bande 64203BC03BC, 3, la composante la plus intense est celle qui

absorbe les vibrations de sens opposé au sens du

courant magnétisant ; 1 inverse a lieu pour la bande 64503BC03BC, 4.

L abaissement de température permet encore

d’observer deux effets intéressants.

Une raie extrêmement fine (54003BC03BC,1 ) donne sous

1"inflaeace du champ magnétique, pour la vibration circulaire tournant dans le sens du courant magnéti-

sant, une composante aussi fine, nlals notablement plus

intense que la raie primitive et située à la même place; au contraire, dans la plage correspondant aux

vibrations de sens opposé, la raie s’étale et ne forme

plus qu’une tache très floue. Enfin la bande 54503BC03BC, 8

donne à la température ordinaire, comme je l’ai déjà

montre (Radiznn, t. IV, p. 54), un doublet synlétrique

dans la plage qui correspond aux vibrations de sens

contraire au sens du courant magnétisant, et pré-

sente dans l’autre plage un rétrécissement accompa-

gné d’une augmentation d’intensité. Cette bande se

comporte comme si elle était formée de deux parties

accolées provenant d’électrons de signes contraires, pour lesquels la v aleur absolue du rapport de la charge

. à la masse serait la mêmes. Si l’on YCr6e de l’air

liquide sur le cristal, la partie correspondant a des

électrons positifs disparait totalement, tandis dll’aLl

contraire l’autre partie prend une netteté et une inten-

sité plus grandes : on observe alors un décalage entre

deux composantes de nome intensité. En laissant l’air liquide s’évaporer et le cristal revenir peu à peu à la température du laboratoire, on voit réapparaître progressivement la partie qui avait disparu à basse température.

Je n’ai pu jusqu’à présent trouver une interprétation

satisfaisante de tous ces efféts, dont l’explication serait importante pour la ttléorie de ces phénomènes.

Tysonite.

-

J’ai donné précédemment (Badiu1n,

IV, p. 55) l’ordre de grandeur des déplacements de quelques bandes de la tysonite observées à la tempé-

rature du laboratoire. Lorsque le cristal est plongé

dans l’air liquide, on reconnaît aisément que la tyso-

nite possède un grand nombre de bandes variables

sous l’action d’un champ magnétique. Si l’on inverse

plusieurs fois de suite le sens du champ, on voit les

bandes sensibles se balancer, les bandes des deux

spectres juxtaposés se déplaçant dans des sens con-

traires. L’observation du phénomène est facile, même

pour les bandes très peu sensibles, mais la mesure précise des décalages est parfois impossible a cause de

l’incertitude sur la position du milieu des bandes

lorsqu’elles sont floues ou à peine visibles.

Le tableau suivant résumeles observations relatives à la tysonite, les déplacements étant rapportés li un champ de 15000 gauss. Chaque nombre résulte de la moyenne de 10 mesures effectuées sur des clichés,

sauf pour les bandes du rouge qui, ne pouvant être

photographiées, ont été observees directement avec un

oculaire à réticule. J’ai inscrit les moyennes obtenues,

mais il ne faut pas considérer comme exacts les chiffres correspondant aux millièmes de 03BC03BC, ct même les nombres qui se rapportent aux bandes très faibles, très floues ou très peu sensibles, donncnt seulement l’ordre de grandeur du phénomène,. A côté des déca-

lages entre les deux composantes, sont inscrites les

valeurs du rapport de la charge a la masse des électrons,

en supposant l’existence d’électrons des deux signes et

admettant l’invariabilité du champ à l’intérieur du cristal..

La bande 62403BC03BC, 97 présente une moditication

remarcluable : cette bande, l’une des plus fines de la

tysonite, se dédouble dans chacun des deux spectres

(7)

qui correspondent aux vibra tiens circulaires; elle se comporte comme si elle était due à la fois à des électrons positifs et à des électrons négatifs, possédant

exactement la même période de vibration et le même

rapport de la charge à la masse, les électrons positifs

étant les plus nombreux, car la composante qui leur correspond est la plus intense. L’effet subi par la bande 624,97 semble favorable à l’hypothèse de l’existence simultanée d’électrons positifs et d’électrons négatifs.

Parisite.

-

La parisite renferme à l’état de fluo- carbonates les corps du groupe du didyme, que la tysonite contient à l’état de fluorures; les deux cris- taux possèdent le spectre très caractéristique du didyme, les groupes de bandes situés dans les mêmes

régions ayant une même physionomie d’ensemble, tout

en présentant dans le détail de notables différences.

ll est donc intéressant de comparer la parisite et la

tysonite au point d(’ vue des phénomènes ulablll’,to- Optiques.

Le tableau ci-dessus donne les résultats des me- sures relatives à la parisite.

Les déplacements de certaines handes (parisite 50903BC03BC, 57 et tysonite 62403BC03BC, 97) sont considérables et

correspondraient, d’après la théorie élémentaire de Lorentz et en admettant cluc la valeur absolue de la

charge soit toujours la même, à des corpuscules char- gés les uns négativement les autrcs positivement, pos- sédant une masse environ six fois plus faible que la

masse des corpuscules cathodiques.

La comparaison des résultats obtenus avec la pari-

site et la tysonite montre que les bandes sensibles se

trouvent dans des groupes analogues. Ainsi les

groupes compris entre 50503BC03BC et 52503BC03BC contiennent dans chacun des deux cristaux un grand nombre de

bandes sensibles ; au contraire, dans les groupes extrêmement nels situés entre 560 et 590, on ne ren-

contre pas de bande sensible pour la tysonite et l’on

ne trouve pour la parisite qu’une bande variable, à peine perceptible.

La comparaison ne peut guère être poussée plus loin

et je n’ai pu établir une correspondance entre les

bandes des deux cristaux. Considérons, en effet, les bandes 517,3 de la tysonite et 518,6 de la parisite, qui paraissent se correspondre, étant toutes deux à

l’extrémité de groupcs analogues et subissant sous

l’action des changements de température des déplace-

ments sensiblement égaux ; il semble naturel de les attribuer à des électrons de même espèce et l’on peut penser que les déplacements sous l’action du champ magnétique doivent être les mêmes ; l’expérience

montre que ces déplacements ont lieu dans le même

sens et sont comparables, mais les mesui es ne sont pas assez précises pour que l’on puisse affirmer si ces déplacements sont ou ne sont pas identiques. D’autre part, le groupe orangé de la tysonite et le groupe vert de la parisite contiennent chacun une bande très sen-

sible dont on neretrouve pasl’analogue dans le groupe

correspondant de l’autre cristal.

En résumé, les propriétés magnéto-optiques de ces

deux cristaux de même famillc présentent de grandes

ressemblances dans l’ensemble, mais aussi de notables différences dans le détail des phénomènes.

Apatite jaune d’Espagne. - L’apatite est un fluophosphate de chaux contenant du didyme; les

bandes de l’apatite sont peu intenses et dif6cilement visibles à la température ordinaire, sous une petite épaisseur, avec la grande dispersion du réseau. A la

température de l’air liquide, les cristaux qui m’ont

été donnés par M. Werlein ont manifesté, sous la faible épaisseur de 1 mm, 8, qua tre bandes qui tou tes sont sen-

sibles à l’action du champ magnétique et donnent

encore deux sens opposés de déplacement pour les

(8)

bandes d’absorption de vibrations circulaires de même

sens.

52703BC03BC (électrons positifs); 57503BC03BC (électrons positifs) ;

58203BC03BC (électrons positifs); 58603BC03BC (électrons négatifs).

2° Propagation de la lumière normalement

aux lignes de force d’un champ magnétique. -

On sait que les bandes des spectres ordinaire et extra-

ordinaire, la vibration étant parallèle ou normale au champ magnétique, donnent à la température du

laburatoire des doublets ou des élargissements plus

ou moins dissymétrique. Les mêmes phénomènes

s’observent avec une netteté beaucoup plus grande à

la température de l’air liquide et les doublets appa-

raissent pour des champs magnétiques moins intenses.

Fig. 4.

-

Xénotime.

Lame de 0mm, 8; 2me spectre réseau Rolland. Groupe vert.

Echelle : lm’° représente 003BC03BC, 166.

1. Spectre ordinaire à 2013188° en dehors du champ.

2. Spectre ordinaire, vibration parallèle au champ.

3. Spectre ordinaire, vibration iioi-ri)ale au champ.

4. Biréfringence magnétique.

a) 52003BC03BC, 61 b) 52203BC03BC, 15 c) 52503BC03BC, 17 Champ magnétique : 17 140 gauss.

Les figures 4 et 6 représentent les modifications des groupes vert et rouge du xénotime à - 188 degrés

Fig. 6.

-

Xénotime.

Lame de 0""",8; 1er spectre réseau Rolland. Groupe rouge.

Echetle : 1mm représente 003BC03BC, 32.

1. Spectre ordinaire à -188° en dehors du champ.

2. Spectre ordinaire, vihration parallèle au champ.

3. Spectre ordinaire, vibration normale au champ.

a) 65003BC03BC, 61 c) 65803BC03BC, 10 Champ magnétique : 17 LW gauss.

dans un champ évalué à 17 140 gauss. L’axe optique

du cristal est parallèle au faisceau et par conséquent

normal au champ. Les spectres 1 sont obtenus en

dehors du champ magnétique; les spectres 2 corres- pondent à la vibration ordinaire parallèle au champ;

les spectres 5 représentent l’absorption de la vibration ordinaire normale au champ.

Ces figures peuvent être comparées aux figures 2

est 5 d«un mémoire précédent (radium, t. IV, p. 51), qui avaient été obtenues à la température ordinaire

au moyen du même cristal (épaisseur Omm,8) avec

des champs magnétiques plus intenses (24600 et

28760 gauss).

Dans la figure 4, on peut remarquer le doublet

dissymétrique de la bande 52203BC03BC, 15 (b); à -188°

les composantes sont nettement visibles dans un

champ de 17 000 gauss, alors qu’à la température

du laboratoire, la bande manifeste seulement un

étalement du côté du rouge et un déplacement du

maximum d’absorption vers le violet; dans les condi-

tions ordinaires le doublet ne peut être entrevu que pour des champs magnétiques voisins de 30 000 gauss.

Si l’on fait tourner l’axe optique du cristal dans un

plan parallèle au faisceau et aux lignes de force du

champ, il se produit un effets très intëressant : les deux composantes du doublet de la bande 52203BC03BC, 15, pour la vibration parallèle et pour la vibration nor-

male au champ, s’écartent; puis la composante la plus forte se divise en un doublet dissymétrique, dont

la composante la plus intense est du côté du violet;

on obtient ainsi un triplet qui est nettement visible

en b sur la figure 5. Si l’on continue à rapprocher la

Fig. 5. - Xénotime.

Lame de 0mm, 8; 2mo spectre réseau Rowland. Groupe vert.

Echelle 1 mm représente 003BC03BC, 172.

1. Spectre ordinaire en dehors du champ.

2. Spectre de la vibration parallèle au champ.

5. Spectre ordinaire, vibration normale au champ.

Axe optique légèrement incliné sur la direction du faisceau lumi-

neux et parallèle au plan du faisceau et des lignes de force du champ magnétique.

Champ magnétique : 17 500 gauss.

direction de l’axe de la direction du champ, les com-

posantes extrêmes du triplet s’écartent progressive-

ment ; dans le spectre de la vibration parallèle au champ une forte et large bande du spectre extraordi-

naire apparaît de plus en plus, mais dans le spectre

de la vibration normale au champ, qui ne renferme

que les bandes du spectre ordinaire, les composantes

extrêmes du triplet tendent à devenir égales et se rap-

prochent des positions occupées par les deux compo-

santes de la bande 522, 15 dans le cas l’axe est

(9)

parallèle au champ; la composante médiane, iswu de

la plus forte bande du doublet dissymétrique prilnil il’,

reste sensiblement à la même place. s’an’aiblit petit a petit, et disparait.

Les aulres phénomènes visibles dans les figures 4,

5 et 6 donnent des exemplcs des différents types de modification précédemment décrites (duublets symé- triques ou dissymétriques, élargissements, simples déplacements, etc.).

L’effet simultané de la dispersion anomale et de l’inégalité des modifications produites par le champ

sur les bandes du spectre ordinaire, suivant l’orienta-

tion des vibrations par rapport au challllp, entraîne la biré fringence magnétique du cristal. On peut mettre

en évidence ce phénomène, comme je l’avais déjà fait

a la température ordinaire (Radiiini, t. IV, p. 51,

fige 2, Sp.4) au moyen d’un compensateur de Babinet, par une expérience identique à celle que MM. Voigt et

Wiechert ont i-éalisée avec la vapeur de sodium.

Dans le spectre 5 de la figure 4, les dislocations de la frange mettent en évidence la ditl’érence de marche, auprès des bandes d’absorption, des vibra- tions parallèles et normales au champ, l’intensité du

champ étant 17 100 gauss, l’épaisseur du cristal

0mm, 80 et la température -188°.

Je ne décrirai pas les variations des spectres des divers cristaux, lorsque la lumière se propage nor- malement au champ, car je me propose de reprendre

cette étude dans des meilleures conditions, c’est-à-dirc

aux plus basses températures que l’on puisse actuel-

lement obtenir..

VI.

-

Variation des bandes d’absorption des

solutions de divers sels de didyme et d’er- bium, dans un champ magnétique.

Le dispositif employé pour l’étude des phénomènes magnéto-optiques dans les solutions est semblable au

dispositif employé pour les cristaux. Le sel dissous dans l’un des divers alcools ou dans un mélange

d"eau et d’alcool est renfermé dans un tube de 5 millimètres, que l’on place dans la partie rétrécie

du tube à air liquide, entre les pôles de l’électro- aimant. L’influence du champ rnagnétique s’observe aisément, lorsque le faisceau est parallèle au champ magnétique, avec l’analyseur circulaire composé d’une

lame quart d’oude suivie d’un rhomboèdre de spath disposé devant la fente. Lorsque le charnp est excité,

les bandes correspondant à des vibrations circulaires inverses se déplacent en des sens opposés dans les

deux plabes données par le rhomboèdre, et le léger

balancement qu’on observe en inversant plusieurs

fois de snite le sens du champ permet de mesurer les déplacements ou tout au moins, s’ils sout très faibles,

d’évaluer leur ordre de grandeur.

Dans toutes les solutions jusqu’à présent étudiées,

les baudes correspondant Ù des vibrations cit-eu- laires de iiiêttte sens 11(’ sont pas toutes déplacées

ri il même côté; l’effet, même s’il est de sens Ínl’erse

ail sens observe: pour 101l/es les J’oies des vapeurs, est en géneral du même ordre de que le phenontène de Zeeman.

Nitrate de néodyme. - !)ans les solutions de

oitrate de néodyme, la bande donnant le résultat le

plus net est la bande fine et intense du groupe vert

(32203BC03BC, 9 dans la solution à 10 pour 100 dans l’alcool

éthyliclue) : le décalage entre les deux composantes

est de 003BC03BC, 05 pour 14 000 ganss. Les deux bandes voisines, plus faibles et plus floues (52103BC03BC, 9 et 52503BC03BC, 9), ont des déplacements du même ordre de grandeur. Le sens du phénomène correspond, pour

ces trois bandes, à des électrons négatifs.

Le groupe jaune vert renferme deux bandes

(58103BC03BC, 5 et 58503BC03BC, 1, solution éthylique) qui se dé- placent très légèrement (003BC03BC, 01 à 003BC03BC, 02 pour 14000 gauss) dans le sens correspondant à des élec-

trons positifs.

Les bandes sensibles du groupe vert se retrouvent dans les diverses solutions alcooliques, ainsi que dans la solution aqueuse additionnée d’ulccml i, et les dé- placements ne paraissent pas dépendre du solvant. La hande 58103BC03BC, 5 de la solution éthylique se retrouve

à peine déplacées, mais beaucoup plus fine et plus

faible dans la solution méthylique, et paraît dans

cette dernière solution posséder la même sensibilité à l’action du champ magnétique.

L’addition de perchlorure de fer, corps très magné- tique, ne modifie pas visiblement les décalages entre

les composantes.

En observant lc spectre pendant le réchauffement et la liquéfaction de la solution, je n’ai observé aucun

changement brusque correspondant au changement

d’état de l’airool.

Le déplacement de la bande sous l’in- fluence du magnétisme est encore visible après la liquéfaction de l’alcuol; mais à la température ordinaire, les bandes empiètent beaucoup trop les

unes sur les autres pour que l’on puisse entrevoir

leurs modifications dans un champ magnétique.

La séparation des bandes en deux composantes cor- respondant a des vibrations circulaires inverses ne -

peut ètre obtenue que dans un corps isotrope ou un

cristal uniaxe dont l’axe est orienté parallèlemeut au champ; dans ces conditions, avec le nitrate de néo- dyne non dissous, on observe seulcmetlt les élargis-

sements et dédoublen1ents dissymétricfues des bandes

très fines du groupe situé vers 625!J.1J..

Chlorure de didyme. -- Le chlorure de didymc

1. L’addition d’alcool est indispensable pour obtenir une

solution solide transparente.

(10)

en solution dans l’alcool méthylique possède plusieurs

bandes variables. Lapins sensible est la bande 50903BC03BC, 6 (électrons positifs, décalages 003BC03BC, 11 pour 1 4 000 gauss)

et il e;t intéressant d’observer que dans les cristaux de parisite (carbonate de Ce, Lcc, Di avec Ca et FI)

que nous avons étudies plus haut, la bande la plus

sensible se trouve a peu près à la même place est

subit un effet de même sens environ deux fois plus grand.

Dans le vert se trouve un groupe dont trois bandes sont très nettes et intenses (52003BC03BC, 7; 52203BC03BC, 0;

52203BC03BC, 5). La bande 52003BC03BC, 7 (électrons négatifs)

donne un décalage évalué à 003BC03BC, 04 pour 14000 gauss;

la bande voisine (électrons négatifs) se déplace plus

faiblement et la bande 52203BC03BC, 5 n’a pas paru sen- sible.

Dans le groupe jaune-vert on observe trois bandes variables : 57603BC03BC, 1 (électrons positif’s, décalage envi-

ron 003BC03BC, 04); 57803BC03BC, 7 (électrons négatifs) et 57903BC03BC, 6 (électrons négatifs). Enfin deux fortes bandes situées

vers 68003BC03BC et correspondant à des électrons négatifs

donnent entre leurs composantes des décalages de 003BC03BC, 06 à 003BC03BC, 07.

Toutes ces bandes se retrouvent légèrement dépla-

cées avec les solutions dans l’alcool éthylique ou dans

l’eau additionnée d’alcool. Leurs déplacements dans

un champ magnétique paraissent invariables.

Mélanges de chlorure et de nitrate de di-

dyme. - L’addition de petites quantités de nitrate de

didyme à une solution de chlorure affaiblit très rapide-

ment plusieurs des bandes les plus intenses (52003BC03BC,7;

52203BC03BC, 5; 57203BC03BC, 7; 57403BC03BC,5; 57603BC03BC,1); ces bandes

deviennent très faibles ou disparaissent dans un mélange de 5 de chlorure et 5 de nitrate pour 100 d’alcool méthylique.

La bande 52203BC03BC, 0 sc conserve dans le mélange et

dans le nitrate pur.

Au fur et à mesure qu’on augmente la proportion

de nitrate de didyme, des bandes nouvelles apparais-

sent (62203BC03BC, 9; 52503BC03BC, 5; 577!J.p..7; 58103BC03BC, 4; dans

un mélange de 7,5 de chlorure et 2,5 de nitrate pour 100 d’alcool méthylique).

La bande (électrons négatifs, décalage 0,05

pour 14000 gauss) augmente constamment et constitue dans le nitrate pur la bande la plus intense du groupe vert et en même temps la bande la plus sensible au champ; la bande 52503BC03BC, 5 (électrons négatifs) et la

bande 58103BC03BC, 4 (électrons positifs), après être passées

par un maximum d’intensité, se retrouvent également

dans le nitrate, mais sont très affaiblies.

Enfin 1 addition d’eau à la solution alcoolique de

nitrate pur fait apparaître quelques bandes de la solu- tion de chlorclre, en particulier la bande 52003BC03BC.

On peut donc suivl’e chacune des bandes dans ses

transformations successives: les déplacements dans

UH chantp iiiagiiétiqiie paraissent toujours inclépen-

dants de CPS transformations.

Sulfate de didyme. - Le sull’ate étant insoluble dans un mélange d’eau et d’alcool, on observe dans le sel solide, comme précédemment dans le nitrate solide,

les élargissements ou dédoublements des bandes fines du groupe orangé (625 03BC03BC).

Oxalate, fluorure et autres sels de didyme

insolubles.

-

Les spectres de ces sels peuvent être exaulÎnés en mettant la matière pulvérulente en sus- pension dans l’alcool et solidifiant la masse. Aucune bande n’a paru sensible au champ ; il est probable

que les bandes ne sont pas assez fines pour que les

élargissements soient visibles.

Chlorure d’erbium.

-

Les bandes suivantes se

déplacent dans un chanip magnétique : 48703BC03BC (élec- trons négatifs, décalage environ 0,1 pour 14000 gauss) ;

48803BC03BC (électrons négatifs) ; 52503BC03BC, 8 (électrons posi-

tifs, décalage 0,08) ; 541 !1.p- (électrons négatifs).

V.

-

Polarisation rotatoire magnétique.

L’étude de la polarisation rotatoire magnétique a

basse température conduit à des résultats très impor-

tants.

Il existe en effet, pour rendre compte du phénomène

de la polarisation rotatoire magnétique, deux théories

principales 1 qui donnent des résultats à peu près identiques pour la dispersion rotatoire dans les régions éloignées des bandes d’absorption, mais qui se trou-

vent en opposition pour les variations du pouvoir rota-

toire auprès et à l’intérieur des bandes.

La théorie des cc courants moléculaires » repose

sur les hypothèses suivantes : Dans les corps magné- tiques il préexiste des courants moléculaires qui, étant équivalents à des feuillets magnétiques, s’orientent sous l’influence d’un chanlP magnétique; les lignes de

force de ces aimants ainsi orientés se superposent a

celles du champ extérieur.

Dans les corps lianhagnétiques, il n’y a pas de cou- rants préexistants, mais, lorsqu’on produit un champ magnétique, des couranls moléculaires prennent nais-

aance par effet d’induction et ces courants engendrent

des lignes de force magnétiques qui s’opposent au champ extérieur, conformément à la loi de l.enz.

n’après cette théorie, la dispersion rotatoire magné- trique duit être de sens opposés de part et d’autre

d’une bande d absorption.

Cette théorie des courants moléculaires sup- pose que l’électron vibrant sous 1"action de la lumière est non seulement une charge électrique, mais aussi

1. P. DRUDE. Lelabuch der Optik. lU06, page 406.

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