Abstract
The electronic structures of 3d and 4d core-levels of rare-earth atoms in the insulating rare-earth (Sm, Eu, Gd, and Tb) compounds were studied with x-ray photoelectron spectroscopy(XPS). It is shown that the intrinsic satellite structure due to the hybridization disappears for chemically stable-earth trivalent heavy rare-earth insulating compounds as the hybridization between f electrons of rare-earth atoms and p electrons of anion atoms decreases due to the lanthanide contraction. Eu atoms at the surface of the stable insulating trivalent Eu compounds are found to be divalent. The satellite peak of Eu 3d core-level spectra at about 10eV higher binding energy side relative the main peak comes from the multiplet structures of $\underline{3d}4f^6$ configuration. The satellite structure appearing at about 15 eV higher binding energy side relative to the main peak in all insulating rare-earth compounds is due to an energy loss process of creating a plasmon.
광전자분광 실험방법을 이용하여 희토류(Sm, Eu, Gd, 및 Tb) 화합물 부도체들의 희토류 원소의 3d와 4d 전자의 내각준위의 스펙트럼들을 연구했다. $La_2O_3,\;Ce_2O_3$ 등과 같은 가벼운 희토류 화합물 부도체의 경우와는 달리 Sm 이상의 무거운 희토류 화합물들의 경우는 란탄족 수축(lantanide contraction) 현상에 의한 희토류 원소의 f 전자와 음이온의 p 전자사이의 혼성의 크기가 줄어들면서 이 혼성에 의한 위성구조가 존재하지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 Eu 부도체의 안정된 +3가의 화합물들에서 보이는 위성구조는 표면의 전자구조가 덩어리와는 다른 +2가의 전자가를 갖기 때문이라는 것을 밝혔다. 그리고 Eu 3d 전자의 내각준위의 주요 피크에 대하여 대략 10eV보다 큰 결합에너지 영역에 존재하는 위성구조는 $\underline{3d}4f^6$ 전자구조의 여러겹 효과에 의한 것으로 추정된다. 이러한 여러겹 효과는 Gd 부도체 화합물에서도 역시 발견할 수 있는데, Gd 3d 전자의 내각준위의 스펙트럼에의 위성구조는 $\underline{3d}4f^6$ 전자구조의 여러겹 효과에 의한 것이다. 모든 희토류 부도체 화합물들의 3d 전자의 내각준위의 스펙트럼에서 주요 피크에 대하여 대략 15eV보다 큰 결합에너지 영역에서 보이는 위성구조는 플라즈몬을 생성해서 에너지를 잃는 과정에서 발생하는 것이다.