Influence des champs électriques externe et interne sur le spectre d'absorption excitonique de la cuprite

Abstract
In the first part of this paper, semiquantitative observations on the effect of external electric fields on the exciton spectra of Cu2O at liquid helium temperature are reported. Four effects can be observed on the yellow series when increasing fields are applied : α) the continuum is shifted to lower energies and overlaps lines of high order ; b) new lines appear ; c) the importance of the regular lines decreases ; d) the regular lines are split into components. In the green series, the effects a) and c) only are observed. No pronounced polarisation effects have been observed. In a second part of the paper, samples containing internal stresses have been studied. These stresses can be controlled quantitatively by changing the time of cooling down of the sample from the temperature of oxidation of the thin samples of Cu2 O. It happens that the effect of stresses on the yellow series is similar to that of external electric fields. It is possible to express internal stresses in terms of external fields having the same effect on the yellow series. Finally, in a third part, an explanation of the observed effect is examined on the basis of a theory suggested by Haken and one the authors and worked out by Haken in detail (to be published). The observations are in good agreement with the qualitative conclusions of the theory. The observation of new lines is explained by the non-degeneracy of exciton levels in Cu2O and perturbation of selection rules by the field. So these lines appear to be due to the fine structure of exciton levels.

Résumé
Dans une première partie de ce travail, on a repris l'étude de l'effet de champs électriques externes sur les spectres excitoniques de la cuprite à la température de l'He liquide. Cette étude quantitative confirme que cet effet se manifeste de quatre façons dans la série jaune. Pour des champs croissants : α) le spectre continu se déplace vers les petites énergies et vient recouvrir progressivement les raies d'ordres quantiques élevés ; b) des raies nouvelles apparaissent ; c) l'importance des raies régulières diminue ; d) les raies régulières font apparaître une structure. Pour la série verte, seuls les effets α) et c) sont observés. On n'a pas pu observer d'effets marqués de polarisation. Dans une deuxième partie, on a repris, d'une façon quantitative, l'étude du spectre d'échantillons dans lesquels des tensions internes subsistent. La production de ces tensions peut être assez bien contrôlée en agissant sur la vitesse de refroidissement après oxydation de la lame de Cu2O. Les effets observés sont en tout point analogues aux effets observés sous l'action de champs électriques externes, de sorte que l'on peut caractériser l'effet de tensions internes par des champs externes produisant le même effet. Une explication des effets observés basée sur une théorie suggérée par Haken et l'un des auteurs et développée par Haken (à paraître) est examinée. Les effets observés sont en bon accord avec les prévisions qualitatives de la théorie. L'apparition de nouvelles raies est attribuée à la non dégénérescence des états excitoniques due à un potentiel non coulombien et à une modification des règles de sélection par le champ. Ainsi, les raies nouvelles proviennent de la structure fine des niveaux excitoniques.