RESONANCE DE SPIN DES ELECTRONS DE ... - EPFL

RESONANCE DE SPIN DES ELECTRONS
DE CONDUCTION
DE PETITS CRISTAUX D'ARGENT:
EFFET DE TAILLE QUANTIQUE
THÈSE No 204 (1975)
PRESENTEE AU DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE
POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR l%SCIENCES
PAR
RENÉ MONOT
Ingénieur-physicien EPFL
originaire de Bussy-Chardonney (Vaud)
acceptee sur proposition du jury :
Prof. J.-P. Borel, rapporteur
Prof. E. Daniel, corapporteur
M. J. Cousins, Dr. Bs sciences
Lausanne EPFL
1976

RESUME
Nous avons étudié par résonance paramagnétique électro-
nique (à 30 MHz, 450 MHz, 9,3
GHz, 35 GHz) des familles
de petits cristaux d'argent dispersés en matrice de
C6H6, de CO2 et de C18HJ8.
Ces échantillons ont été fabriqués par évaporation sous
vide poussé ( 10-~~orr) et condensation simultanée du
métal et de la matrice sur une surface à 77"~. La micro-
scopie électronique montre que la distribution des tail-
les ne s'étend pas au-delà de 50 A de diamètre.
Le signal de résonance observé est attribué aux élec-
trons de conduction des cristaux d'argent qui présen-
tent l'effet de taille quantique étudié théoriquement par
Kubo et Kawabata principalement. Conformément à leurs
prévisions, la raie présente un élargissement hétérogène.
Sa forme asymétrique et son comportement à la suite des
recuits des échantillons s'interprètent à partir de cette
théorie comme la somme des contributions des particules
dont la taille est comprise entre 4 et 14 A, valeur au-
dessus de laquelle l'effet de taille n'a plus lieu pour
l'argent. La valeur du facteur de Landé du métal massif
que l'on déduit selon cette théorie est g = 2,068. Des
causes possibles de l'écart entre cette valeur et celle
que Schultz a obtenue par des mesures sur le métal massif,
sont examinées.
O
Des mesures entre 8 et 195O~ révèlent une susceptibilité
du type Curie qui est conforme aux prévisions théoriques.
Cela confirme le fait que pour cette gamme de tailles et
de température, seules les particules qui possèdent un
nombre impair d'atomes participent à la résonance de ma-
nière significative par leur seul électron de conduction
dont le spin n'est pas aparié. L'accord entre les mesures
et les prévisions théoriques est obtenu si l'on considère
que les niveaux d'énergie des électrons sont non dégé-
nérés comme l'a proposé Kubo.

TABLE des MATIERES
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Résumé
Table des matières
Chapitre 1
METHODE EXPERIMENTALE
1. 1) Conditions pour l'effet
de taille quantique et
choix de l'argent
1, 2) Fabrication des échantillons
1. 3) Installations de resonance
1, 4) Identification des signaux
observés
1. 5) Microscopie électronique
Chapitre II RESONANCE de SPIN des ELECTRONS de
CONDUCTION lors de l'EFFET de
TAILLE QUANTIQUE
II. 1) Théorie
II. 2) Caractéristiques du signal
des petits cristaux
II. 3) Forme de la raie
II. 4) Mesures en fonction de la
fréquence
II. 5) Mesures de saturation
Temps de relaxation
II, 6) Autres mesures
Chapitre III SUSCEPTIBILITE de SPIN des PETITS
CRISTAUX METALLIQUES
III, 1) Théorie
III. 2) Résultats expérimentaux
Annexe : Spectres hyperfins des atomes d'argent
Bibliographie
Remerciements
Curriculum vitae