Optical evidence of energy level crossing and anticrossing for U diluted in the incommensurate structure of -ThCl

(Received 13 July 1990, revised 29 January 1991, accepted 19 February 1991)

Abstract
At low temperatures -ThCl ₄ undergoes a structural phase transition (  K) to an incommensurate structure which can be described as a transverse sinusoidal displacement of the chloride ion positions in a plane perpendicular to the C ₄ axis of the crystal. These static, atomic displacements induce a continuous distribution of crystal field strengths acting on U ⁴⁺ embedded in the host matrix. The peculiar lineshapes recorded on absorption spectra and the apparently continuous character of fluorescence energies observed in selective excitation experiments are consistent with a continuous distribution of U ⁴⁺ sites. In this paper we report a study of the interactions of Stark energy levels belonging to the ¹I ₆ multiplet of U ⁴⁺ (in the 19 700-19 500 cm ^-1 energy range) in a magnetic field. Absorption and selectively excited emission spectra recorded at 4.2 K have been used to build an energy level model. The calculated profile of the absorption bands in a magnetic field B parallel to the orientation is compared to the experimental observed ones.

Résumé
A basse température, -ThCl ₄ présente une transition de phase structurale vers une structure incommensurable. Cette nouvelle structure peut être décrite comme un déplacement sinusoïdal transverse des ions chlorures dans un plan perpendiculaire à l'axe d'ordre quatre du cristal. Ces déplacements statiques induisent une variation continue du champ cristallin qui agit sur l'ion U ⁴⁺. Le profil particulier des raies d'absorption ainsi que le caractère continu des énergies de fluorescence observées lors des excitations sélectives des ions U ⁴⁺ dans les différents sites sont en bon accord avec l'existence d'une variation continue de la symétrie du site de l'uranium. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'étude des interactions, à 4,2 K et sous champ magnétique, entre les niveaux d'énergie de l'ion U ⁴⁺ issus du multiplet ¹I ₆. Ces niveaux d'énergie sont situés dans la région 19 700-19 500 cm ^-1. Les spectres d'absorption et d'excitation sélective enregistrés sont utilisés pour construire un modèle de niveaux d'énergie. Le profil théorique de la bande d'absorption, sous un champ magnétique B parallèle à la direction du cristal, est comparé au profil expérimental.