Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
го менее отчетливое плечо при 110 эВ, поднимающееся до относительно широкого, лишенного особенностей пика при резонансной энергии 120 эВ, после чего следуют относительно менее выраженные второстепенные особенности. Для интерпретации всех второстепенных особенностей (например, их связи с плотностью состояний) требуется дополнительная теоретическая работа, которая проводится в настоящее время.
Кривые ПНС обнаруживают отчетливую форму линии Фано (см. рис. 8), особенно вблизи антирезонанса (104 эВ). Симметрия этой кривой и величина q (фактически разность между интенсивностями при резонансе и антирезонансе) сильно зависят от относительной вероятности резонанса по сравнению с прямой фотоэмиссей. В экспериментальном спектре ПНС 6-плутония значение q составляет ~2, в то время как в спектре ПНС а-плутония значение q равно ~1. Кроме того, в спектре ПНС 6-плутония симметрия типа Фано больше. Эти особенности показывают, что относительная вероятность резонансного процесса у 6-плутония больше, чем у а-плуто-н ия. Это можно объяснить увеличением локализации электронов в 5f состояниях
по следующей причине. Маловероятно, чтобы сечение фотопоглощения при резонансном переходе 5d -> 5f (Da) существенно увеличивалось в случае блуждающих 5f электронов по сравнению с локализованными 5f электронами. Однако сечение прямой фотоэмиссии (Dq) 5f электронов в случае блуждающих электронов больше, чем в случае локализованных электронов. Значение q определяется как q = DJ(kVDq), где D - матричный элемент для определенного перехода и V- элемент матрицы релаксации. Следовательно, симметрия Фано (и величина q) спектра ПНС очень чувствительна к степени локализации 5f электронов. По сравнению с а-плутонием 6-плутоний обнаруживает большую симметрию Фано при большем значении <7, согласующимся с большей степенью локализации f электронов.
Спектры фотоэмиссии из валентной зоны при фиксированных энергиях фотонов (которые отражают плотности состояний в веществе в пределах ограничений, указанных во введении) у двух фаз плутония удивительно похожи. И опять же, данные показывают некоторые небольшие различия. На рис. 9 приведены спектры зоны валентности
Number 26 2000 Los Alamos Science
179
Фотоэлектронная спектроскопия а- и 6-плутония
CE
CD
о
m
о
CL
1=
m
m
s
о
X
CD
I-
X
Энергия ниже Ep (эВ)
Рис. 9. Спектры а- и 3-плутония вблизи резонанса и вблизи минимума Купера
Эти спектры зоны валентности а- и 5-плутония, измеренные вблизи резонанса (hv = 125 эВ) и при минимуме Купера (hv = 220 эВ), очень сходны. При обеих энергиях фотонов ширина зоны эмиссии примерно на 200 мэВ шире у 5-плутония, чем у а-плутония при нормировке к пику при энергии связи ~1 эВ. Увеличенная интенсивность в 5-плутонии на краю зоны валентности с высокой энергией связи, возможно, является следствием большей локализации электронов
а- и 6-фазы плутония вблизи резонанса (hv = 125 эВ) и при минимуме Купера3 (hv = 220 эВ). При резонансе (в спектрах при 125 эВ) ширина фотоэмиссии зоны валентности 6-плутония простирается на -200 мэВ ниже уровня Ферми, чем ширина фотоэмиссии зоны валентности а-плутония.
Резкий пик вблизи уровня Ферми оказывается больше у а-плутония, чем у 6-плутония. Ha первый взгляд, это различие кажется несовместимым с общей тенденцией к локализации у 6-плутония. Однако более низкая интенсивность пика у 6-плутония, по крайней мере отчасти, связана с узкой полушириной-порядка 70 мэВ. При 300 К ширина функции Ферми составляет примерно
3 Минимум Купера дает возможность использовать настраиваемый источник излучения, где имеется узел в радиальной волновой функции начального состояния. Подгонкой этого узла к волновой функции конечного состояния, которая будет давать равные вклады в положительную и отрицательную компоненты вероятности перехода, получают минимальное сечение поглощения. Эта подгонка зависит от энергии конечного состояния и, следовательно, от энергии налетающих фотонов.
110 мэВ (разрешение составляет от 10 до 90% от значения функции Ферми), и на любую спектральную особенность примерно такой или меньшей ширины, находящуюся в пределах к^Т около энергии Ферми, будет влиять функция Ферми (усеченная или полная). Узкая компонента 6-плутония относится к этой категории. Однако температура сама по себе может не определять всю отсутствующую интенсивность относительно данных при 40 эВ (см. ниже). Некоторые различия могут быть связаны с разными концентрациями галлия в двух образцах или, возможно, с разными примесями 6d электронов.
Данные, полученные на источнике
ЛПИ при 80 К. Чтобы избежать проблемы уширения линий на рентгенограммах при нагревании образцов и получить более точное приближение плотности состояний в спектре ФЭС, мы собрали данные при 80 К и разрешении 60 мэВ с использованием резкой линии разряда гелиевой дуговой лампы при энергии фотонов 41 эВ. При такой энергии фото-
нов расчетные сечения фотопоглощения 6d и 5f электронов примерно равны. Поверхности подготавливались с использованием лазерной абляции. На рис. 10(a) и 10(6) изображены в широком диапазоне сканирования (10а) и в крупном плане (106) спектры ФЭС для а- и 6-плутония. Здесь вычтен фон вторичных электронов и интегрированные интенсивности между Ef и -4 эВ полагаются равными. При такой нормировке имеется еще одно небольшое различие в ширине зоны. В целом эти две фазы плутония оказываются удивительно сходными, за исключением узкой особенности вблизи уровня Ферми, которая в отличие от данных в резонансе на рис. 9 теперь намного ^же в 6-плутонии, чем в а-плуто-нии. Все особенности, наблюдаемые для 6-плутония, обнаруживаются и для а-плутония, но в 6-плутонии они намного отчетливее, что, возможно, является отражением большей локализации. Заметим, что остаточная компонента вблизи -6 эВ связана с загрязнением поверхности кислородом, вероятно, в толщине между 0,1 и 0,2 монослоя, а поэтому она не учитывается. В основном данные при 41 эВ аналогичны данным, представленным на рис. 9, за исключением острых особенностей вблизи уровня Ферми для низкотемпературных данных.
