Numéro
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 8, août 1985
Page(s) 1375 - 1386
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:019850046080137500
J. Phys. France 46, 1375-1386 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:019850046080137500

Spectroscopic study of the incommensurate phase of ThBr4 via the optical and magnetooptical properties of U4+

B. Briat1, P. Delamoye2, J.C. Rivoal1, S. Hubert2 et P. Evesque1

1  Laboratoire d'Optique Physique, ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France
2  Laboratoire de Radiochimie, Institut de Physique Nucléaire, Université de Paris-Sud, B.P. 1, 91406 Orsay, France


Abstract
U4+ is used to probe the incommensurate structure of ThBr 4 via absorption and magnetic circular dichroism (MCD) measurements. Below Tc = 95 K, the crystal field experienced by U 4+ ions is either of D2d or D2 symmetry. This can be simulated by varying a phase angle φ form 0(D 2d) to ± π/2 (D2). One very neat advantage of MCD over absorption is that the D2d centres show up very clearly in the former due to the occurrence of a derivative-like singularity. We present a model to simulate absorption, Zeeman and MCD profiles. It accounts satisfactorily for most of our data and we arrive at the following main conclusions : (i) it is probable that the phase is truly incommensurate since the lower limit of the number of sites is found to be 80; (ii) for a low concentration of U4+ (2 x 10-4), we found no evidence of a pinning of the incommensurate modulation by the impurities. MCD provides also a definite proof that the ground state of U 4+ in ThBr4 is Γ4 with a D2 d symmetry. Finally, we determine the Landé factors of five excited states, our findings being in fair agreement with the results of recent crystal field calculations.


Résumé
U4+ est utilisé pour tester la phase incommensurable de ThBr 4 grace à des mesures d'absorption et de dichroisme circulaire magnétique. En dessous de Tc = 95 K, la symétrie au site de l'ion sonde est D2d ou D2; elle peut être simulée en faisant varier un angle de phase φ entre 0(D 2d ) et ± π/2(D2). Le DCM présente sur l'absorption le grand avantage de montrer une singularité pour les centres D2 d. Nous présentons un modèle permettant de reproduire assez fidèlement nos courbes d'absorption, d'effet Zeeman et de DCM. Nous aboutissons à deux conclusions importantes : (i) la phase est probablement vraiment incommensurable dans la mesure où nous établissons à 80 une limite inférieure du nombre de sites différents ; (ii) pour un cristal de concentration 2 x 10-4, nous établissons l'absence d'accrochage de l'onde incommensurable sur les impuretés. Par ailleurs, le DCM démontre sans ambiguïté que l'état fondamental de U4+ dans ThBr4 est Γ4 en symétrie D2d. Nous déterminons enfin le facteur de Landé de cinq niveaux excités, ces mesures étant en bon accord avec les résultats de calculs récents.

PACS
7170C - Crystal and ligand fields.
7170E - Spin-orbit coupling, Zeeman and Stark splitting, Jahn-Teller effect.
7820L - Magnetooptical effects.
7840H - Other nonmetallic inorganics.

Key words
commensurate incommensurate transformations -- crystal field interactions -- impurities -- magnetic circular dichroism -- thorium compounds -- uranium -- visible and ultraviolet spectra of inorganic solids -- Zeeman effect