effet de taille quantique - EPFL

ETUDE PAR RESONANCE
PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE
DE PETITS CRISTAUX
DE LITHIUM ET DE MAGNESIUM:
EFFET DE TAILLE QUANTIQUE
THESE N0358 (1980)
PRESENTEE AU DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
PAR
JEAN-LOUIS MILLET
Ingénieur - physicien EPFL
originaire de Champagne (VD)
acceptée sur proposition du iury:
Prof. J. -P. Borel, rapporteur
Prof. E. Daniel, corapporteur
Dr. W. Czaia, corapporteur
Lausanne EPFL
1980

TABLE DES MATIERES
Résumé
1. : THEORIE
1.1 Introduction
1.2 Rappel théorique
1.3 Résonance paramagnétique électronique
1.4 Susceptibilité de spin des petits cristaux
métalliques
II. : TECHNIQUE EXPERIMENTALE
11.1 Choix des corps
II. 2 Technique de préparation
11.3 Source de particules
11.4 Microscopie électronique
11.5 Spectromètres
III : RESULTATS
111.1 Petites particules de Li en matrice de CO2
111.2 Li en matrice de Xe
a) Valeur de g et temps de relaxation
b) Susceptibilité de spin
111.3 Mg dans une matrice de Xe
111.4 Mesures en fonction de la fréquence
i) Mesures en bande K (35 GHz)
ii) Mesures en bande P (450 MHz)
iii) Mesures à 30 MHz

IV. : DISCUSSION DES RESULTATS
IV. 1 Valeurs de g 83
IV. 2 Susceptibilité de spin des petits cristaux 85
IV. 3 Forme et largeur de raie
i)
Li dans une matrice de CO2
ii) Li dans une matrice de Xe
iii) Mg dans une matrice de Xe
IV. 4 Saturation du spectre RPE et temps de relaxation 94
V. : CONCLUSION
Bibliographie 101

RESUME
Des petites particules de Mg et de Li dispersées dans des
matrices de CO et de Xe ont été étudiées par résonance para-
2
magnétique électronique (à 450 MHz, 9'300 MHz et 35'000 MHz).
Dans le cas du CO2 on constate une influence importante de
la matrice sur la forme du signal ainsi que sur sa position
et sa largeur. Cet inconvénient n'apparait plus en utilisant
des matrices de gaz rares.
Pour les particules de Mg dans une matrice de Xe, une varia-
tion du facteur g (facteur de Landé) en fonction de la taille
a eté mise en évidence.
La susceptibilité magnétique a été mesurée en fonction de la
température (3,6 à 150 OK) pour différentes tailles (10 8 à
1000 8). Nous avons mis en évidence (pour des particules de
Li de 30 2 environ) un domaine de température où se produit
un passage de la susceptibilité de Pauli à une susceptibilité
variant sensiblement en 1/T. Ce fait est conforme aux prévi-
sions théoriques établies pour des particules comprenant un
nombre impair d'électrons.
Pour les particules possédant un nombre pair d'électrons (cas
du Mg) la susceptibilité augmente également à basse température.
mais moins rapidement qu'une loi de Curie.
Une source de clusters a du être développée ainsi qu'une instal-
lation permettant de préparer les échantillons à très basse
température (4 - 10 OK) et de les recolter sous atmosphère
contrôlée (He de pureté 6 N) .