THE ELECTRONIC STRUCTURE AND ELECTRON CORRELATION EFFECTS STUDIED BY XPS

Résumé
Les interactions importantes pour la compréhension des transitions métal-non métal du type Mott-Hubbard sont les interactions électron-électron et les intégrales à un électron. Les premières conduisent à des effets de corrélation et à la localisation tandis que les dernières donnent la structure de bande à un électron et la délocalisation. Dans cet article, nous étudions comment la XPS peut fournir des informations sur ces interactions. L'application de la XPS à l'étude de la structure de bande à un électron est évidente et tout à fait directe. Comme exemple de ce cas, nous présentons des résultats récents sur TaS₂ intercalé avec Sn et montrons comment la XPS peut donner une description correcte des changements de structure électronique en intercalant de l'étain. Un autre exemple que nous discuterons est le changement de la nature de la bande d de VO₂ en franchissant la transition semiconducteur-métal. L'application de la XPS à l'étude des effets des corrélations électroniques est moins évidente. Nous montrerons qu'à partir d'une étude détaillée de la spectroscopie Auger à haute résolution et de la XPS, on peut obtenir les interactions coulombiennes à un site réduites par une polarisation atomique et de bande ainsi que par des effets d'écran. La réduction peut atteindre 90 % des valeurs correspondantes à l'atome libre. Nous montrerons aussi, comment une étude détaillée de la forme de raie des raies dues au coeur peut fournir des informations sur les effets des corrélations. Par exemple, les raies de coeur de VO₂ sont fortement élargies en franchissant la transition de l'état semiconducteur vers l'état métallique. Cet élargissement est bien interprété en termes de transition de Mott-Hubbard. Nous discutons les décalages de la coupure du spectre de XPS à partir du niveau de Fermi en termes d'effets de corrélation qui pourraient impliquer les électrons ou les phonons. A partir de ces décalages, une valeur approchée de l'énergie de liaison du polaron dans Fe₃O₄ est obtenue. Nous discuterons également une nouvelle sorte d'expérience mettant en jeu les intensités des raies Auger, à partir desquelles on peut en principe obtenir le nombre de sites doublement occupés et par-là donner des conclusions concernant le degré de corrélations électroniques.

Abstract
The basic interactions which are of importance for an understanding of metalnon metal transitions of the Mott-Hubard type are the electron-electron interactions and the one electron integrals. The former leads to electron correlation effects and to localization and the latter results in the one electron band structure and delocalization. In this paper we want to investigate how XPS can yield information about these interactions. The application of XPS to a study of the one electron band structure is quite obvious and straight-forward. As an example of this we present recent results on Sn intercalated TaS₂ and show XPS can give a very consistant picture of the changes in the electronic structure upon intercalation. Another example which will be discussed is the change in the d band of VO₂ upon going through the semiconductor-metal transition. The application of XPS to a study of electron correlation effects is less obvious. We will show that from a detailed study of high resolution Auger spectroscopy as well as XPS one can obtain the on site coulomb interactions reduced by atomic as well as band polarization and screening effects. The reductions can be as much as 90 % of the free atom values. In addition we will show how a detailed line shape study of core lines can yield information about electron correlation effects. For example the core lines of VO₂ are strongly broadened as one goes through the transition from semiconductor to metal. This broadening is shown to be consistant with an interpretation in terms of a Mott-Hubbard type of transition. Shifts of the XPS cut off from the Fermi energy are discussed in terms of correlation effects which could involve either electrons or phonons. From these shifts an approximation to the polaron binding energy in Fe₃O₄ is obtained. Also a new kind of experiment involving Auger intensities will be discussed from which one can in principal obtain the number of doubly occupied sites and thereby reach conclusions concerning the amount of electron correlation.