MÖSSBAUER STUDY OF THE α-PHASE OF THE Ta-H SYSTEM

Résumé
On présente une étude sur le tantale hydrogéné à l'aide de la résonance de haute résolution de 6,2 keV du ¹⁸¹Ta [1]. Utilisant une source à raie unique de ¹⁸¹W([MATH]), on a mesuré le déplacement isombique (S) en fonction de la concentration c en hydrogène d'un absorbant de tantale métallique. (c est le rapport atomique H/Ta.) Les feuilles de tantale ont été hydrogénées par voie électrolytique ; c est déduit du changement relatif de la constante de réseau, Ɗa/a, obtenue par diffraction de rayons X. Dans la gamme des concentrations étudiées (c allant de 0 à 0,147), S augmente de 10 mm/s, ce qui correspond à environ 80 largeurs de raie expérimentales. La variation de S peut être ajustée à une droite de pente dS/dc = + 62 mm/s indiquant que ρ(0) décroît lorsque c croît. La valeur observée pour dS/dc provient de deux contributions : 1) une variation de volume et 2) un changement explicite dans la structure électronique du tantale. La première peut être estimée à partir de mesures sous pression du Ta métallique [1] ; elle rend compte d'environ un tiers de la valeur de dS/dc. Il existe donc une diminution explicite de ρ(0) avec une concentration croissante en hydrogène. Utilisant les densités électroniques déduites des calculs de Dirac-Fock pour les configurations d'ion libre du Ta (J. B. Mann, Los Alamos, communication privée 1972), on conclut qu'entre 50 % et 100 % des électrons apportés par l'hydrogène remplissent les orbitales de conduction vides 5d du Ta.

Abstract
A study of hydrided tantalum metal is reported, using the high-resolution 6.2-keV resonance of ¹⁸¹Ta [1]. With a single-line source of ¹⁸¹W([MATH]) the isomer shift (S) was measured as a function of the hydrogen concentration c of a tantalum metal absorber (c is defined as the H/Ta atom ratio). The tantalum metal foils were hydrided electrolytically ; c was derived from the relative change of the lattice constant, Ɗa/a, as obtained by X-ray diffraction. Within the studied concentration range (from c = 0 to c = 0.147) S increases by 10 mm/s, which corresponds to about 80 experimental linewidths. The change in S can be approximated by a straight line with a slope of dS/dc = + 62 mm/s indicating a decrease of ρ(0) with increasing c. The observed value of dS/dc arises from two contributions : 1) the volume change and 2) the explicit change in the electronic structure at the tantalum. The first is to be estimated from hydrostatic pressure experiments with Ta-metal [1] ; it can account for about one third of dS/dc. An explicit decrease of ρ(0) with increasing hydrogen concentration is thus present. Using electron densities from Dirac-Fock calculations for free-ion configurations of Ta (J. B. Mann, Los Alamos, private communication 1972), we conclude that between 50 % and 100 % of the hydrogen electrons must be filling up empty 5d-conduction-electron states of Ta.