Electron dynamics of transition metal compounds studied with resonant soft x–ray scattering

 

J. Jiménez–Mier,^a G. Herrera–Pérez,^a P. Olalde–Velasco,^a,b G. Carabalí,^a E. Chavira,^c P. de la Mora,^d W.L. Yang,^b J. Denlinger,^b A. Moewes,^e and R. Wilks,^e.

 

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

^b The Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA.

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

^d Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F., 04510, México.

^e Department of Physics and Engineering Physics, University of Saskatchewan, Canada.

 

Recibido el 10 de marzo de 2010
Aceptado el 31 de agosto de 2010

 

Abstract

High resolution experimental data for resonant soft x–ray scattering of transition metal compounds are shown. The compounds studied are the ionic transition metal di–fluorides, ionic and covalent orthovanadates and members of the La_1–xSr_xCoO₃ perovskite family. In all compounds we studied the transition metal L_2,3 edge and also the ligand (oxygen or fluorine) K edge. For the ionic compounds the transition metal data are in good agreement with atomic multiplet ligand field calculations that include charge transfer effects. Density functional calculations give very useful information to interpret the ligand x–ray emission data. The experimental metal L_α emission data show that the region between valence and conduction bands in the di–fluorides has several d–excited states. At the L₂edge of the ionic orthovanadates we found the signature of a fast Coster–Kronig decay process that results in a very localized emission peak. Changes in the oxidation sate in the La_1–xSr_xCoO₃ compounds are observed at both the metal L_2,3 edge and the oxygen K edge absorption spectra.

Keywords: Resonant inelastic x–ray scattering; transition metal oxides and fluorides; electronic structure; Coster–Kronig decay.

 

Resumen

Se presentan datos experimentales para el esparcimiento resonante de rayos x en compuestos de metales de transición. Los compuestos estudiados son los difluoruros de metales de transición que son iónicos, ortovanadatos iónicos y covalentes, y varios miembros de la familia de Perovskitas La_1–xSr_xCoO₃. En todos los compuestos estudiamos la orilla L_2,3 del metal de transición y la orilla K del ligando (oxígeno o fluor). Para los compuestos iónicos los datos del metal de transición están en buen acuerdo con cálculos de multiplete atómico con campo ligante que incluyen transferencia de carga. Cálculos que emplean funcionales de densidad dan información muy útil para interpretar los datos de emisión de rayos x en la orilla del ligando. Los datos de emisión L_α muestran que la region entre las bandas de valencia y conducción en los difluoruros tiene estados excitados d. En la orilla L₂ de los ortovanadatos ionicos encontramos características de un proceso Coster–Kronig de decaimiento que da lugar a un pico de emision muy localizado. En las orillas L_2,3 del metal y K de oxígeno se observaron cambios en el estado de oxidación en los compuestos La_1–xSr_xCoO₃.

Descriptores: Esparcimiento inelástico de rayos x; óxidos y fluoruros de metales de transición; estructura electrónica; decaimiento Coster–Kronig.

 

PACS: 78.70.Ck; 78.70.En

 

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Acknowledgments

This work was performed at the Advanced Light Source, which is supported by DOE (DE–AC03–76sF00098). This work was partly supported by CONACyT under project No. 56764. P. Olalde–Velasco would like to thank the Beca Mixta program of CONACyT, México.

 

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