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Ann. Phys.
Volume 14, Number 2, 1967
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Page(s) | 27 - 48 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/anphys/19671402027 | |
Published online | 26 April 2017 |
Étude à basse température des transitions S-S de quelques cristaux aromatiques*
Laboratoire de Physique P. C. B. 1 de la Faculté des Sciences de Marseille
Place Victor-Hugo — F. 13 - Marseille, France
Depuis les travaux de Frenkel, on admet que la propagation de l'énergie dans les cristaux est due à des quasi- particules : les excitons. Jusqu'à ces dernières années, on pensait que dans les cristaux moléculaires purs, seules des interactions dipôle-dipôle pouvaient intervenir (exciton de Davydov). En 1961, Pesteil a montré qu'en fait, on observe toujours plus de raies que ne le prévoit la théorie de Davydov, la plupart des raies s'expliquant mieux à l’aide d’une loi hydrogénoïde suggérant des interactions électron-trou (exciton de Wannier).
Les spectres S—S de six substances aromatiques cristallisées pures ont été étudiés à basse température : benzène normal, hexadeutéré, hexaméthylé, tétraméthylé (durène), dimethyl 2-6 naphtalène et fluorène. Sauf pour le durène où la première bande est mal résolue, les premières raies des spectres correspondent bien à des niveaux hydrogénoïdes. Des sous-niveaux, symétriques par rapport aux niveaux apparaissent parfois. Ces différents niveaux ne sont dus ni à des impuretés chimiques ou géométriques, ni à des librations ; ils appartiennent bien à la transition électronique pure du cristal.
L’action d'un champ magnétique ne modifie pas de façon appréciable les spectres d’absorption. Ceci permet de préciser les ordres de grandeur des différents éléments des excitons de Wannier qui pourraient intervenir ; les valeurs trouvées sont raisonnables.
Enfin, la photoélectricité à basse température des cristaux précédents, préalablement bombardés par des électrons a été étudiée. Les courbes de rendement photoélectrique coïncident alors avec le début des spectres d'absorption. Cette coïncidence est interprétée en admettant qu'au processus primaire de photoélectricité normale se superpose un processus secondaire où un photon est d'abord absorbé par le cristal en créant un exciton ; cet exciton diffuse ensuite jusqu'à un électron interstitiel qu'il éjecte en s'annihilant sur lui.
Abstract
Since the work of Frenkel it is generally admitted that the propagation of energy in crystals is due to quasi particles, namely excitons. Unsil recently it was assumed that in pure molecular crystals only dipole-dipole interactions were involved (Davydov’s exciton). In 1961, Pesteil showed that one could observe more lines than predicted by the theory. Most of these lines may be fitted to a hydrogenlike formula suggesting electron-hole interactions (Wannier's exciton).
A low temperature study has been made of the S — S' spectra of six pure aromatic crystalline compounds: n-benzene, D6-benzene, hexamethylbenzene, tetramethylbenzene (durene), dimethyl 2-6 naphtalene and fluorene. Except for durene which resolution of the first band is poor, first lines of the spectra are in good agreement with hydrogenlike levels. In some cases certain levels are split into components arranged symetrycally on each side of the level itself. These levels arise neither from impurities or irregularities in the crystal structures nor from librational transitions: they belong to the pure electronic transition of the crystal.
When crystals are submitted to magnetic fields, absorption spectra are not certainly modiñed. This result allows to value the order of magnitude of some characteristics of the Wannier's excitons which may interfere. These values are compatible with those found in other cases.
Finały a low temperature photoelectric study of above crystals previously bombarbed with electrons has been made. The photoelectric yield curves then coincide with the fírst part of the absorption spectra. One can interprete this result, assuming that a secondary process superimposes to the normal primary photoelectric process. In this secondary process a photon is first absorbed by the crystal, creating an exciton; this exciton then diffuses to an intersticial electron which it ejects while vanishing.
© Masson et Cie, Paris, 1967