Very high resolution study of high Rydberg levels of the configurations 4f$^{14}$ 6$sn$d of Yb I

Luc Barbier (1) , René-Jean Champeau (1)

1 LAC - Laboratoire Aimé Cotton

High Rydberg levels of ytterbium were studied in a beam of metastable atoms. Levels of the series 4f$^{14}$ 6$sn$d were populated from the metastable 4f$^{14}$ 6s 6p $^3$P$_o$ level by means of the U.V. light of a frequency-doubled single-mode dye laser and detected using the field ionization technique. The critical ionization fields $F_c$ of the levels 4f$^{14}$ 6$sn$d $^3$D$_1$ (24 ≤ n ≤ 57) were measured and found to obey the saddle point law ($F_c$ = (16 $n^{*4}$)$^{-1}$). The hyperfine structures of the odd isotopes were investigated. They are very peculiar due to the fact that the hyperfine interaction is of the same order of magnitude as (or even for the highest $n$ values, much more important than) the spin-orbit and electrostatic interactions. A theoretical account of the observed structures using the Slater-Condon parametric method is given. The relative influence of the excited ($n$d) and of the non-excited (6s) optical electron could thus be studied. Furthermore the influence of a valence level perturbing only the odd isotopes components for $n$ = 26 was demonstrated.

2014 Les niveaux de Rydberg élevés de l'ytterbium ont été étudiés sur un jet d'atomes métastables. Les niveaux de la série 4f$^{14}$ 6$sn$d ont été peuplés à partir du niveau métastable 4f$^{14}$ 6s 6p $^3$P$_0$ grâce à la lumière ultra-violette d'ùn laser à colorant monomode double en fréquence et détectés par la méthode d'ionisation par un champ électrique. Les champs critiques d'ionisation $F_c$ des niveaux 4f$^{14}$ 6$sn$d $^3$D$_1$ (24 ≤ n ≤ 57) ont été mesurés; ils obéissent à la loi du col($F_c$ = (16 $n^{*4}$)$^{-1}$). Les structures hyperfines des isotopes impairs ont été analysées; comme l'interaction hyperfine est du même ordre de grandeur que les interactions électrostatiques et spin-orbite (ou même pour les valeurs de n les plus élevées plus importantes que ces dernières), ces structures ont un aspect très particulier. Les structures observées ont été interprétées théoriquement par la méthode paramétrique de Slater-Condon. Les influences respectives de l'électron optique excité ($n$d) et de l'électron optique non excité (6s) ont ainsi pu être étudiées. De plus, l'influence d'un niveau de valence perturbant seulement les composantes des isotopes impairs a été mise en évidence pour le nombre quantique $n$ = 26.

Mots clés: atomic hyperfine structure; atomic excited states; photoionisation; ionisation of atoms; optical pumping; atomic spectra; ytterbium

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Luc Barbier, René-Jean Champeau. Very high resolution study of high Rydberg levels of the configurations 4f$^{14}$ 6$sn$d of Yb I. Journal de Physique France, 1980, 41 (9), pp.947 - 955. ⟨10.1051/jphys:01980004109094700⟩. ⟨cea-01495020⟩