Study of the electronic structure of transition metal compounds by absorption and emission of X-rays

J. Jiménez-Mierª, G. Herrera-Pérezª ^,b, P. Olalde -Velascoª, E. Chavira^b, I. Jiménez-Del Val^c, D.L. Ederer^d

ª Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 México D.F., México.

^b Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 México D.F., México.

^c Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510, México D.F, México.

^d Department of Physics, Tulane University, New Orleans, Louisiana 70118, U.S.A.

Recibido el 2 de marzo de 2006
Aceptado el 18 de agosto de 2006

Abstract

We present results of x-ray absorption and x-ray emission spectroscopies of transition metal oxides and fluorides. The absorption is studied in the vicinity of the transition metal L edge. At selected values of the excitation energy we also show emission spectra. The data are interpreted in terms of the multiplet structure of the transition metal ion in a crystal field, considering also configuration interaction effects in the solid such as charge transfer. The data are compared with results of free-ion calculations that allow a direct interpretation of the absorption spectra. The free-ion calculations also indicate that some of the main emission features correspond to d to d excitations in the compound, with the emission peaks with higher energy losses resulting from production of charge transfer states.

Keywords: Synchrotron radiation; x-ray absorption and emission; transition metal oxides and fluorides; electronic structure.

Resumen

Se presentan resultados de espectroscopias de absorción y emisión de rayos x de óxidos y fluoruros de metales de transición. Se estudia la absorción en la cercanía de la orilla L de absorción del metal de transición. Para algunos valores de la enegía de excitación también se muestran espectros de emisión. Los datos se interpretan en términos de la estructura de multiplete del ion del metal de transición en un campo cristalino, considerando también efectos de interacción de configuraciones en el sólido, como es la transferencia de carga. Se comparan los datos con resultados de un cálculo para ion libre que permite una interpretación directa de los espectros de absorción. Los cálculos para iones libres también indican que algunos de los picos de emisión más importantes corresponden a la producción de excitadiones d a d en el compuesto, con picos de emision a más altas energías de pérdida debidos a estados de transferencia de carga.

Descriptores: Radiación de sincrotrón; absorción y emisión de rayos x; óxidos y fluoruros de metales de transición; estructura electrónica.

PACS: 78.70.Ck; 78.70.En

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Acknowledgements

We acknowledge support from DOE-EPSCOR cluster research Grant No. DOE-LEQSF (1993-1995)-03. The Advanced Light Source is funded by the Office of Basic Energy Science, U.S. Department of Energy Contract No. DE-AC03-76SF00098. JJM was supported in part by CONACyT, México, under project No. U41007-F.

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