Processus électroniques dans le tellurure de fer γ^(*)

Laboratoire de Magnétisme et de Physique du Solide du C. N. R. S. (Directeur : Ch. Guillaud), 1, Place Aristide-Briand — 92 - Bellevue/Meudon (Hauts-de-Seine), France.

Résumé

Le choix de la phase haute température du système fer-tellure pour une étude systématique de l’influence de la composition stœchiométrique sur les propriétés semiconductrices des composés d’éléments de transition a été déterminé par les 3 points suivants : son caractère semiconducteur semblait certain, le domaine d’homogénéité de la phase était large et, pour la première fois, un paramagnétisme de Pauli était signalé dans un cristal semiconducteur.

Les mesures électriques et optiques s’accordent sur une hauteur de bande interdite de l’ordre de 0,6 eV, avec un niveau d’impuretés accepteur à 0,08 eV au-dessus de la bande de valence. Les mesures magnétiques, par contre, mettent en évidence le paramagnétisme de Pauli d’électrons d entièrement délocalisés, dont le nombre est minimum pour la composition Fe₂Te₃. La présence d’une bande 3 d possédant un minimum de densité d’états en son milieu et située dans la bande interdite rend compte de cette « composante métallique ».

La délocalisation dans la bande 3 d est confirmée par l’étude du déplacement isomérique de la résonance Mössbauer du noyau Fe⁵⁷ ainsi que celle de la chaleur spécifique électronique du cristal. La première met en évidence, pour la première fois, l’influence des électrons libres sur le déplacement isomérique. On discute enfin de la nature des liaisons interatomiques.

Abstract

The choice of the high temperature phase of the iron-tellurium system for a systematic study of the influence of the stoichiometric composition on the semiconducting properties of the transition element compounds has been determined by the three following points : its semiconducting nature seemed certain, the homogeneous range of the phase was large and, for the first time, a Pauli paramagnetism was indicated in a semiconducting cristal.

The electrical and optical measurements both give a forbidden band gap of the order of 0.6 eV with an impurity acceptor level at 0.08 eV above the valence band. The magnetic measurements, on the other hand, show a Pauli paramagnetism of completely delocalized d-electrons, the number of which is a minimum for the composition Fe₂Te₃. The presence of a 3 d band possessing a minimum in its density of states and situated in the forbidden band accounts for this « metallic contribution ».

The delocalization in the 3 d band is confirmed by the study of the isomer shift of the Mössbauer resonance of the Fe⁵⁷ nucleus as well as that of the electronic specific heat of the crystal. The first shows, for the first time, the influence of free electrons on the isomer shift. Finally the nature of the interatomic bonds is discussed.