Model Calculation of the Static Magnetic Susceptibility in Rare Earth Semiconducting Compounds

(Received 29 November 1994, revised in final form 21 February 1995, accepted 27 February 1995)

Abstract
We present a model for the calculation of the static magnetic susceptibility in samarium sulphide type semiconducting compounds. The 5d states are schematically treated, as well as the forbidden gap, according to a realistic band scheme for SmS, whereas two ionic configurations 4f ⁵ and 4f ⁶ in their fundamental multiplets are considered: 4f ⁶ is a singlet and 4f ⁵ is a ( 2J+1)-fold degenerate state; these two configurations are mixed through the f-d hybridization . The static magnetic susceptibility is able to describe the valence transition in terms of i) the promotion energy of a 4f electron into the 5d-conduction states and ii) the interaction between the 4f hole, left behind, and the corresponding electron excited into the 5d band. An extension of the present model is carried on to europium sulphide type compounds with (4f ⁶, 4f ⁷) configuration mixing.

Résumé
Nous présentons un modèle pour le calcul de la susceptibilité magnétique statique dans des composés semi-conducteurs du type sulfure de samarium. Les états 5d sont traités schématiquement, ainsi que la bande d'énergie interdite, en s'inspirant d'un schéma de bandes réalistes pour SmS, tandis que nous considérons les deux configurations ioniques 4f ⁵ et 4f ⁶ dans leur multiplet fondamental : 4f ⁶ est un singulet et 4f ⁵ un état dégénéré ( 2J+1) fois ; ces deux configurations se mélangent par l'hybridation entre états 4f et 5d. La susceptibilité magnétique statique permet de décrire la transition de valence en fonction de i) l'énergie de promotion d'un électron 4f vers les états 5d de conduction et ii) l'interaction entre le trou 4f subséquent et l'électron excité dans la bande 5d. Nous étendons le modèle précédent au cas des composés de type sulfure d'europium avec mélange des configurations ioniques 4f ⁶ et 4f ⁷.