Influence des champs électriques externe et interne sur le spectre d'absorption excitonique de la cuprite

In the first part of this paper, semiquantitative observations on the effect of external electric fields on the exciton spectra of Cu2O at liquid helium temperature are reported. Four effects can be observed on the yellow series when increasing fields are applied : α) the continuum is shifted to lower energies and overlaps lines of high order ; b) new lines appear ; c) the importance of the regular lines decreases ; d) the regular lines are split into components. In the green series, the effects a) and c) only are observed. No pronounced polarisation effects have been observed. In a second part of the paper, samples containing internal stresses have been studied. These stresses can be controlled quantitatively by changing the time of cooling down of the sample from the temperature of oxidation of the thin samples of Cu2 O. It happens that the effect of stresses on the yellow series is similar to that of external electric fields. It is possible to express internal stresses in terms of external fields having the same effect on the yellow series. Finally, in a third part, an explanation of the observed effect is examined on the basis of a theory suggested by Haken and one the authors and worked out by Haken in detail (to be published). The observations are in good agreement with the qualitative conclusions of the theory. The observation of new lines is explained by the non-degeneracy of exciton levels in Cu2O and perturbation of selection rules by the field. So these lines appear to be due to the fine structure of exciton levels.Dans une première partie de ce travail, on a repris l'étude de l'effet de champs électriques externes sur les spectres excitoniques de la cuprite à la température de l'He liquide. Cette étude quantitative confirme que cet effet se manifeste de quatre façons dans la série jaune. Pour des champs croissants : α) le spectre continu se déplace vers les petites énergies et vient recouvrir progressivement les raies d'ordres quantiques élevés ; b) des raies nouvelles apparaissent ; c) l'importance des raies régulières diminue ; d) les raies régulières font apparaître une structure. Pour la série verte, seuls les effets α) et c) sont observés. On n'a pas pu observer d'effets marqués de polarisation. Dans une deuxième partie, on a repris, d'une façon quantitative, l'étude du spectre d'échantillons dans lesquels des tensions internes subsistent. La production de ces tensions peut être assez bien contrôlée en agissant sur la vitesse de refroidissement après oxydation de la lame de Cu2O. Les effets observés sont en tout point analogues aux effets observés sous l'action de champs électriques externes, de sorte que l'on peut caractériser l'effet de tensions internes par des champs externes produisant le même effet. Une explication des effets observés basée sur une théorie suggérée par Haken et l'un des auteurs et développée par Haken (à paraître) est examinée. Les effets observés sont en bon accord avec les prévisions qualitatives de la théorie. L'apparition de nouvelles raies est attribuée à la non dégénérescence des états excitoniques due à un potentiel non coulombien et à une modification des règles de sélection par le champ. Ainsi, les raies nouvelles proviennent de la structure fine des niveaux excitoniques

Étude de la forme des raies des séries jaune et verte de la cuprite

The experimental evidence in favour of the interpretation of the yellow and green series of Cu2O as a second class (weakly forbidden) exciton spectra is discussed. The shape of the absorption lines has been studied in detail and compared with Toyozawa's theory. Good agreement has been found with the Lorentzian unsymmétrical type of lines predicted by the theory.Les faits fondamentaux montrant que les séries jaune et verte de la cuprite constituent des spectres excitoniques de deuxième classe sont rappelés et discutés. Le profil de l'absorption propre des raies est étudié en détail. Les résultats obtenus sont discutés et comparés à la théorie de Toyozawa sur le profil des raies excitoniques

Luminescence du sulfure de cadmium excité par laser

The excitonic emission of Cadmium Sulfide crystals excited by very intense light sources (lasers) has been studied. In these experimental conditions, the most intense line of the luminescence spectrum is the emission due to the recombination of excitons with simultaneous emission of longitudinal optical phonons (indirect emission). This experimental fact has been explained : When the luminescence of CdS is excited by the ultraviolet light of a ruby laser followed by a KDP crystal (single photon absorption), the indirect excitonic emission is stimulated and becomes the most important emission line. When the luminescence is excited by the red light of a ruby laser (double photon absorption) the excitation takes place in the whole volume of the sample. Only the indirect excitonic emission is not strongly reabsorbed and is observable.La luminescence excitonique du Sulfure de Cadmium excité par des sources intenses (lasers) a été étudiée. La raie la plus intense du spectre de luminescence obtenue dans ces conditions est la raie d'émission de recombinaison d'excitons avec émission simultanée de phonons optiques longitudinaux (émission excitonique indirecte). Cette observation a pu être expliquée : Lorsque la luminescence du cristal est excitée par « absorption d'un seul photon » avec la lumière ultraviolette d'un laser à rubis suivi d'un cristal doubleur de fréquence, l'émission excitonique indirecte est stimulée et devient la plus intense. Lorsque la luminescence est excitée par « absorption simultanée de deux photons » avec la lumière rouge d'un laser à rubis, l'excitation se produit dans tout le volume de l'échantillon, seule l'émission excitonique indirecte n'est pas fortement réabsorbée dans le volume du cristal, elle est alors la plus intense

Observation de deux raies faibles nouvelles dans le spectre de la cuprite à 4,2 °K. Essai d'interprétation

Two new lines have been observed in the spectrum of cuprous oxide (Cu 2O). The lines are very weak and situated in the spectrum at : λ 1 = 5 798 Å, λ2 = 5 829 Å. Some evidence has been obtained in favour of the interpretation of the λ1 line as a forbidden transition towards the exciton level 2S of the yellow series. It is suggested that the λ2 line corresponds to a forbidden transition towards the state n = 1 of the green series.Nous avons observé deux raies faibles nouvelles dans le spectre de Cu 2O : λ1 = 5 798 Å, λ2 = 5 829 Å. Diverses expériences et considérations nous conduisent à suggérer que la raie λ 1 correspond à une transition défendue vers l'état 2S de la série jaune, la raie λ2 pourrait être une transition vers l'état n = 1 de la série verte

Etude de l'effet Zeeman de la raie n = 1 de la série jaune de Cu 2O à 20 °K

The Zeeman effect of the exciton n = 1 line of the yellow series of Cu 2O has been studied at 20 °K, with polycrystalline samples and oriented single crystals. In the présence of a magnetic field of 30.5 kilogauss, the line is split into three components. The polarisation of these components is a function of the orientation of the field H, with respect to the symmetry axes of the crystal. The results are in good agreement with Elliott's theory. According to this theory, the irreducible representation of the exciton state is of the type Γ+25. The spectroscopic splitting factor of the line is g = 1.7 ± 0.2.L'effet Zeeman de la raie rouge n = 1 de la série jaune du spectre d'absorption de la cuprite a été réalisé, à 20 °K, sur des échantillons polycristallins et monocristallins orientés. L'intensite du champ magnétique était de 30,5 kilogauss. Les spectres observés montrent que la raie se décompose en un triplet dont la polarisation des composantes varie avec l'orientation du cristal par rapport à la direction du champ magnétique. Ces résultats sont en excellent accord avec la théorie de Elliott basée sur l'hypothèse d'une représentation irréductible Γ+25 de l'état excité. La valeur du facteur de décomposition spectrale de la raie a été calculée. On trouve g = 1,7 ± 0,2

Données nouvelles sur les spectres de réflexion et d'absorption. La dispersion anormale et les probabilités de transition de monocristaux d'iodure mercurique rouge perpendiculaire à l'axe optique

Investigations of the anomalous dispersion of single crystals of red mercuric iodide perpendicular to the axis have been carried out at 293 °K and 77 °K. The values of the oscillator strength at the above temperatures have been evaluated from the dispersion curve. The values obtained correspond probably to both exciton bands and the absorption of shorter wave lengts.Étude de la dispersion anormale de monocristaux de HgI2 rouge perpendiculaires à l'axe à 293 °K et à 77 °K. On en déduit les valeurs des intensités d'oscillateur aux deux températures indiquées ci-dessus. Les valeurs trouvées se rapportent probablement, non seulement aux raies excitoniques, mais également à l'absorption de plus courte longueur d'onde

Étude quantitative des spectres d'absorption et de réflexion de cristaux de HI2 rouge

The absorption spectrum of red mercuric iodide is diochric. At very low temperatures, the spectrum consists of polarised lines preceding a continuum of shorter wavelengths. Near the absorption lines, a maximum and a minimum of reflected light is observed. In this paper experimental quantitative results on the absorption and the réflexion spectra of HgI2 are presented. We deduce from these data the oscillator strength of the lines which are compared to those of exciton spectra of the first class in Elliott's theory. The principal ordinary absorption line shows peculiar properties which are discussed.Le spectre d'absorption de l'iodure mercurique rouge est dichroïque. Aux très basses températures, on observe un spectre formé de raies polarisées précédant une absorption continue de plus courte longueur d'onde. La lumière réfléchie donne lieu au phénomène de rayons restant et manquant au voisinage des raies d'absorption. On expose, dans ce mémoire, les données expérimentales quantitatives sur l'absorption et la réflexion. On en déduit l'intensité d'oscillateur des raies que l'on compare à la théorie d'Elliott des spectres de première classe. La raie d'absorption ordinaire principale a un comportement exceptionnel

Détermination de l'intensité d'oscillateur des raies de la série verte de Cu2O aux basses températures

The green series of absorption lines in CU2O crystals has been studied by spectrophotometric methods at temperatures down to liquid helium. The oscillator strength, the maximum of the coefficient of absorption and the width of the first lines (n = 2) of the green series have been determinated and compared with the corresponding results for the yellow series.Étude spectrophotométrique de l'absorption de la cuprite au voisinage de la « série verte » aux très basses températures. On a pu évaluer le facteur d'intensité d'oscillateur de la raie n = 2 de la « série verte », le coefficient maximum d'absorption et la largeur de cette raie et comparer avec la raie correspondante de la « série jaune ))

Luminescence de CuCl excitée par laser et formation de biexcitons

The luminescence of CuCl crystals has been excited by a laser light of very high intensity at low temperatures. Both the single photon (ultra-violet light produced by a ruby laser + a KDP crystal) and the double photon (red laser light) excitations have been used. Under these conditions in both excitation modes a new line v B has been observed. This line does not appear under conventional excitation conditions. It has been suggested that this line is due to a radiative dissociation of biexcitons. The aim of this paper is a quantitative and detailed study of this luminescence. It can be shown that the position of the line vB is in good agreement with the binding energy of biexciton as calculated by Sharma and Wehner. The variation of the intensity of the line v B(IB) as well as that of the excitonic resonance line v0(I0) versus the excitation intensity are also in good agreement with the theory of the kinetics of formation of biexcitons. However, the overlapping of excitonic and biexcitonic recombination lines has to be taken into account at low intensity of ultra-violet excitation. The good quantitative agreement brings strong arguments in favour of the interpretation of this luminescence (vB) as related to the radiative decay of biexcitons.La luminescence de cristaux de CuCI a été excitée aux très basses températures par la lumière très intense d'un laser. Le processus d'excitation était d'une part l'absorption d'un seul photon (laser à rubis suivi d'un cristal doubleur de fréquence), d'autre part l'absorption simultanée de deux photons (laser à rubis). Dans ces deux types d'expériences, une raie d'émission nouvelle vB est apparue aux fortes intensités d'excitation. Elle a été attribuée à la recombinaison de molécules excitoniques ou biexcitons. Ce mémoire a pour but l'étude quantitative détaillée de cette luminescence. Cette étude montre que la position spectrale de la raie vB est en accord avec l'énergie de liaison des biexcitons, calculée par Sharma et Wehner. La variation de l'intensité IB de vB ainsi que celle de l'intensité I0 de la raie de résonance v0 de l'exciton avec l'intensité de la lumière excitatrice sont en bon accord avec la théorie cinétique de formation des biexcitons de Knox et alii, à condition de tenir compte du recouvrement des raies excitoniques et biexcitoniques aux faibles intensités d'excitation par absorption d'un seul photon. Cet accord apporte des arguments importants en faveur de l'interprétation suggérée précédemment