Intéraction du champ de rayonnement avec des phonons simples et multiples dans les structures du type Wurtzite et Blende

Abstract
Theoretical and experimental study of electromagnetic field interaction with one or more phonons in Wurtzite type lattices - CdS, ZnS - and blende type lattices - ZnS. Elementary group theoretical considerations predict for Wurtzite, twelve lattice vibrational branches in the centre of the Brillouin zone. Due to possible degeneracy, there are seven différent branches : one acoustical and six optical (including accidental degeneracy). For blende, the case is quite simple : the six predicted branches are triply degenerate twice. In ionic crystals, the degeneracy of optical branches is partially split. The selection rules are given by group theory. The frequencies of optical modes in the centre of the Brillouin zone are determined by reflection spectra. One obtains for CdS : TO = 241 cm-1, and LO = 304 cm -1, and for ZnS : TO = 274 cm-1 and LO = 350 cm-1. Transmission measurements on thin films have given for in CdS : TO = 241 cm-1, and for ZnS : TO = 274 cm-1. Optical absorption spectra in the infrared permit experimentalation determin of the interaction between the radiation field and double phonons. The analysis of these spectra, on the basis of four frequencies on the edge of the Brillouin zone, permits one to forecast ten possible combinations of additional coupling. In the case of CdS, absorption bands have been observed for the following frequencies : 599, 581, 562, 501, 563, 544, 483, 525, 464, 403 cm-1. For ZnS these bands are at : 765, 677, 642, 607, 595, 566, 625, 490, 455 cm-1. Three-phonon coupling has also been observed in the case of ZnS ; the analysis of the spectra is made on the basis of above mentioned frequencies. The absorption bands obtained as a result of additional interaction between 3 phonons and a photon are observed for frequencies 890, 920, 975, 1 010 cm-1.

Résumé
Étude théorique et expérimentale de l'interaction du champ électromagnétique avec un ou plusieurs phonons dans les réseaux du type Wurtzite : CdS, ZnS et du type blende : ZnS. Des considérations élémentaires de théorie des groupes permettent de prévoir, pour la Wurtzite, 12 branches de vibrations de réseau au centre de la zone de Brillouin. En raison des dégénérescences possibles il y a 7 branches distinctes dont une branche acoustique et 6 optiques parmi lesquelles on peut considérer aussi des dégénérescences accidentelles. Pour les cristaux cubiques, la situation est tout à fait simple, les six branches prévisibles étant deux fois triplement dégénérées ; dans le cas de la blende, qui est partiellement ionique, la dégénérescence des branches est en partie levée par les forces de Coulomb. Les fréquences des modes optiques au centre de la zone de Brillouin sont déterminées à partir des spectres de réflexion. Pour le CdS, on obtient TO = 241 cm-1 et LO = 304 cm-1; pour le ZnS, TO = 274 cm-1 et LO = 350 cm-1. Les mesures de transmission sur des couches minces ont permis de déterminer dans le cas du CdS : TO = 241 cm-1 et dans le cas du ZnS : TO = 274 cm-1 . Les spectres d'absorption optique dans le domaine de l'infrarouge permettent de déterminer expérimentalement l'interaction du champ de rayonnement avec les phonons couplés. L'analyse de ces spectres sur la base de 4 fréquences au bord de la zone de Brillouin permet de prévoir dix combinaisons possibles de couplage additionnel. Dans le cas du CdS, on a observé des bandes d'absorption aux fréquences suivantes : 599 ; 581 ; 562 ; 501 ; 563 ; 544 ; 483 ; 525 ; 464 ; 403 cm-1 , pour le ZnS, ces bandes se trouveront aux fréquences : 765 ; 677 ; 642 ; 607 ; 595 ; 566 ; 525 ; 490 ; 455 cm-1. Les quatre fréquences fondamentales au bord de la zone de Brillouin admises pour effectuer cette analyse sont : 299 ; 281 ; 262 ; 201 cm-1, pour le ZnS on a posé : 279 ; 298 ; 262 ; 227 cm-1. Des couplages à 3 phonons ont aussi été observés dans le cas du ZnS, l'analyse des spectres se fait sur la base des fréquences citées précédemment. Les bandes d'absorption obtenues comme résultat de l'interaction additive de 3 phonons avec un photon sont observées aux fréquences : 890 ; 920 ; 975 ; 1 010 cm-1.