RELATIVISTIC ELECTRONIC BAND STRUCTURE OF THE HEAVY METALS AND THEIR INTERMETALLIC COMPOUNDS

Résumé
Les métaux lourds et leurs composés inter-métalliques présentent beaucoup de propriétés intéressantes mais mal comprises. C'est surtout vrai des actinides et de leurs structures de bande dont on connaît peu de choses pour interpréter leurs propriétés magnétiques, optiques et électriques connues. Cette étude analysera les travaux récents sur ces métaux lourds (de Th à Bk) et sur plusieurs composés inter-métalliques des "terres rares" (LaSn₃ et LaIn₃) et décrira les conclusions que l'on peut tirer de cette théorie des bandes à l'égard des mécanismes qui expliquent certains phénomènes observés. Il sera indispensable de considérer les effets de la relativité pour obtenir la structure de bande exacte des actinides. Tandis que les électrons 5 f dans les actinides inférieurs pourront être décrits comme des états de bande (ou états itinérants), les actinides supérieurs présenteront une augmentation marquée de la localisation des "orbitales" 5 f, et le modèle de bandes ne s'appliquera plus à ces états. On s'attachera surtout aux complications diverses que l'on rencontre dans la détermination des structures de bandes de ces systèmes et à quelques-unes des techniques employées pour obtenir des solutions. Parmi ces dernières techniques se trouvent : 1) la nécessité (bien évidente) d'inclure l'effet de relativité, 2) les problèmes de convergence, causés par la présence des états de moment angulaire plus élevé et de symétrie réduite, 3) le grand nombre de bandes qu'on trouve, 4) l'incertitude dans la configuration électronique et 5) le rôle de l'approximation dite du "moule à madeleines" (muffin-tin approximation).

Abstract
The heavy metals and their intermetallic compounds exhibit a large number of interesting but not well understood properties. This is especially true of the actinides for which little is known about their band structures with which to interpret their observed magnetic, optical and electric properties. This paper describes recent work on these heavy metals (Th through Bk) and some intermetallic compounds of the rare-earths (LaSn₃ and LaIn₃) and the understanding derived from band theory of the mechanisms responsible for various observed phenomena. Relativistic effects are found to be indispensable for obtaining the correct band structure of the actinide metals. While the 5 f electrons in the lower actinides may be described as band (or itinerant) states, the higher actinides show a marked increase of the localization of the 5 f orbitals and the band description is no longer applicable for these states. Particular attention is paid to the various complications which are faced in determining the band structures of these systems and some of the techniques used in obtaining solutions. Among these are the (obvious) necessity of including relativistic effects, the convergence problems due to the presence of the higher angular momentum states and lowered symmetry, the large number of bands present, the uncertainty in the electronic configuration, and the role of the muffin-tin approximation.