Characteristic structure in core electron spectra of metals due to the electron-plasmon coupling

Abstract

The coupling of metallic core electrons to the density fluctuations of the conduction electrons is studied. Due to the strong electron-plasmon coupling there is a characteristic satellite structure in the core electron spectrum, starting at the plasma energyħω _p below the quasiparticle level and with a maximal spectral weight at (1.6–2.5)×ħω _p below the same level. The total spectral weight in the satellite band is 50–100 percent of the quasiparticle weight, the actual value dependent on the density of the conduction electrons. The possible implications on X-ray photoemission, soft X-ray emission and absorption, and inelastic scattering of electrons are drawn. Particularly, a close correspondence with the location of the fine structure of the L_2,3 absorption spectrum of Al is found. The relation to the cohesive energy is also considered.

Zusammenfassung

Die Kopplung der metallischen Elektronen der inneren Schalen an die Dichtefluktuationen der Leitungselektronen wird studiert: Auf Grund der starken Elektronen-Plasmonen Kopplung entsteht eine charakteristische Satellit-Struktur im Spektrum der Elektronen der inneren Schalen, die bei der Plasmaenergieħω _p unter dem Quasiteilchenniveau anfängt und ein maximales Spektralgewicht bei (1,6–2,5)×ħω _p unter diesem Niveau besitzt. Das gesamte Spektralgewicht im Satellitband ist 50–100% des Gewichts der Quasiteilchen, wobei der auftretende Wert von der Dichte der Leitungselektronen abhängig ist. Wir bemerken die möglichen Folgen für die Photoemission mit Röntgenstrahlen, Emission und Absorption von weichen Röntgenstrahlen und inelastische Streuung von Elektronen. Insbesondere besteht ein enger Zusammenhang mit dem Ort der Feinstruktur des L_2,3-Absorptionsspektrums in Al. Wir berücksichtigen auch den Zusammenhang mit der kohesiven Energie.

Résumé

Nous avons étudié l’interaction entre les électrons dans les couches intérieures et les fluctuations de densité des électrons de conduction dans un métal. A cause de l’étroite interaction entre l’électron et le plasmon, il y a une structure satellite caractéristique dans le spectre des électrons des couches intérieures commencant à l’énergie du plasmonħω _p sous le niveau quasiparticulaire et avec son plus grand poids spectral à (1,6–2,5)×ħω _p sous le même niveau. Le poids spectral total du satellite est de 50–100 pourcent du poids quasiparticulaire; le pourcentage exacte dépend de la densité des électrons de conduction. On expose les possibles implications sur l’émission photoélectrique des rayons x, l’emission et l’absorption des rayons x, et la diffusion inélastique des électrons. En particulier on découvre une étroide correspondance avec la position de la structure detaillée du spectre d’absorption L_2,3 de l’Al. On discute aussi la rélation avec l’énergie cohésive.