J. Phys. France 49, 1425-1434 (1988)
DOI: 10.1051/jphys:019880049080142500

Analysis of the absorption and emission spectra of U4+ in α-ThBr 4

E. Simoni, S. Hubert et M. Genet

Institut de Physique Nucléaire, Laboratoire de Radiochimie, 91406 Orsay, France

Abstract
The low temperature form α-ThBr4 has a scheelite structure I41/a in which the tetravalent uranium occupies the thorium site which is S4. Assuming that the ground state remains Γ 4 as in the β-ThBr4 form, the polarized absorption spectrum at 4.2 K shows that D2d is a good approximation. A peculiarity of this host is the exaltation of very numerous fluorescences of U4+ which permit to assign four Stark levels of the ground state 3H4 : Γ5 at 110 cm-1, Γ 1 at 473 cm-1, Γ1 at 623 cm-1 and Γ5 at 830 cm-1. 30 levels have been assigned and the crystal field parameters of U4+ (5f2) have been calculated in the D2d approximation : B20 = - 382, B40 = - 3 262, B44 = - 1734, B60 = - 851 and B64 = - 1828 cm-1. It is interesting to note that a small distortion in the scheelite structure of the α-ThBr4 compared with the zircon structure β-ThBr4 induces important changes in the crystal field parameters.

Résumé
La forme basse température α-ThBr4 a une structure de type scheelite I41/a dans laquelle l'uranium tétravalent se substitue au thorium (symétrie de site S4). En faisant l'hypothèse que l'état fondamental est Γ4 comme dans la forme β-ThBr4 , les spectres d'absorption polarisés à 4,2 K montrent que D 2d est une bonne approximation. Cette matrice a la particularité d'exalter de très nombreuses fluorescences de U4+, ce qui permet d'indexer quatre niveaux Stark de l'état fondamental 3H4 : Γ 5 à 110 cm-1, Γ1 à 473 cm-1, Γ 1 à 623 cm-1 et Γ5 à 830 cm-1. 30 niveaux ont été indexés et les paramètres de champ cristallins de U 4+ (5f2) ont été calculés dans l'approximation D2d: B20 = - 382, B40 = - 3 262, B44 = 1 734, B6 0 = - 851 et B64 = - 1828 cm-1 . Il est intéressant de montrer qu'une légère distorsion dans la structure scheelite α-ThBr4 comparée avec la structure zircone β-ThBr 4 induit un changement important sur les paramètres de champ cristallin.

PACS
7170C - Crystal and ligand fields.
7820 - Optical properties of bulk materials and thin films.

Key words
crystal field interactions -- fluorescence -- impurity and defect absorption spectra of inorganic solids -- luminescence of inorganic solids -- thorium compounds -- uranium