LA PHOTOÉMISSION PAR RAYONS X APPLIQUÉE A L'ÉTUDE DES STRUCTURES DE BANDE

Résumé
La photoémission par rayons X (XPS) se différencie de la photoémission dans l'ultra-violet (UPS) aussi bien sur le plan expérimental que par la nature des résultats obtenus. Bien que l'utilisation de photons d'une énergie relativement élevée présente certains inconvénients tels qu'une limitation de la résolution due à la largeur des lignes et aux satellites qui les accompagnent, cette technique appliquée à l'étude des bandes d'énergie dans les solides livre des spectres très proches de la densité des états occupés. La conservation des vecteurs d'onde dans le processus de la photoionisation n'opère aucune sélection et les éléments de matrice ne s'annulent jamais mais peuvent être différents selon la symétrie de l'état initial. La diffraction inélastique des électrons dans le solide ou en surface ne semble d'autre part pas jouer un rôle aussi important qu'aux basses énergies. Les spectres XPS des terres rares métalliques illustrent fort bien les possibilités de cette méthode. Ils font apparaître au-dessous du niveau de Fermi une structure relativement étroite correspondant probablement à la densité des états d de la bande de valence. Le niveau 4f dans les terres rares légères jusqu'au Gd et à l'exception de Sm se présente comme un pic isolé correspondant à un état localisé dont l'énergie de liaison et l'intensité augmentent avec le nombre atomique. Les spectres des éléments plus lourds qui sont sensiblement plus compliqués s'expliquent par la multitude des états finaux excités qui peuvent intervenir dans une couche 4f incomplète.

Abstract
X-ray photoemission (XPS) is different from UV-photoemission (UPS) in both the experimental technique and the nature of the results obtained. The high energy photon lines used in XPS have a rather large width and are accompanied by satellites which limit the resolution of the method. In spite of these disadvantages, XPS is very useful for studying valence bands and yields results closely related to the density of the occupied states. At these high photon energies the entire Brillouin zone is sampled ; the matrix elements never vanish but do vary depending on the symmetry of the initial states. The inelastic scattering of the electrons in the bulk or at the surface seems not as important as in UPS. The XPS spectra of the metallic rare-earths illustrate the possibilities of this method very well. They show a relatively narrow structure below the Fermi level corresponding mainly to the d-states of the valence band. In the light rare-earths up to Gd, excepting Sm, the 4f-level appears as a narrow and isolated peak corresponding to a localized state. As expected, the binding energy and the intensity of the 4f-lines increase with the atomic number. The spectra of the heavy rare-earths are appreciably more complicated and account for the multitude of final states which can be excited by photoionization of an electron from an incomplete 4f-shell.