# Spectroscopie de Silane : Analyse des fréquences et des intensités de SiH4 dans la région 800-2300 cm⁻¹

Raef Kamel, Vincent Boudon, Cyril Richard, Fridolin Kwabia Tchana

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Raef Kamel, Vincent Boudon, Cyril Richard, Fridolin Kwabia Tchana. Spectroscopie de Silane : Analyse des fréquences et des intensités de SiH4 dans la région 800-2300 cm-1. JSM 2025 -Journées de spectroscopie Moléculaire 2025, Mar 2025, grenoble, France. cea-05521389

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Submitted on 20 Feb 2026

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# Spectroscopie de Silane : Analyse des fréquences et des intensités de SiH₄ dans la région 800-2300 cm⁻¹

R. Kamel¹,²,*, V. Boudon¹, C. Richard¹ and F. Kwabia Tchana³

¹Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (UMR CNRS 6303), Université Bourgogne Europe, 9 Avenue Alain Savary, BP 47870, F-21078 Dijon Cedex, France

²CEA, DES, ISEC, DPME, Univ. Montpellier, Marcoule, France

³Université Paris Cité and Univ. Paris Est Créteil, CNRS, LISA, F-75013 Paris, France

*Raef.Kamel@u-bourgogne.fr

## Résumé

Dans le cadre du développement des ordinateurs quantiques, le silicium ²⁸Si est indispensable pour garantir un temps de cohérence suffisant des q-bits. Cela conduit à l'analyse des molécules contenant du silicium et de l'hydrogène. Pour amorcer cette étude, nous avons choisi de travailler sur la molécule de silane SiH₄ et ses isotopologues, dans le but de créer une base de données spectroscopique. Cette base, développée en utilisant le formalisme tensoriel et les outils de l'équipe de Dijon, permettra d'obtenir les paramètres des fréquences et des intensités des raies spectrales.

Les premiers résultats concernant la première diade $v_2/v_4$ sont inclus dans la nouvelle base de données SiCaSDa.

Les mesures expérimentales ont été réalisées au Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) à Créteil. Ces résultats peuvent également être utilisés dans le domaine de l'astrophysique, où la présence de silane a été détectée sur certaines exoplanètes.

## Étude expérimentale

L'expérience a eu lieu au LISA (Créteil, France). Différents spectres proches infrarouges de Silane ont été enregistrés entre 800 et 2300 cm⁻¹, avec différentes pressions et à température ambiante (294-298 K), en utilisant un spectromètre à transformée de Fourier Bruker IFS 125 HR. Toutes les bandes de la région observée sont représentées ci-dessous.

<table><thead><tr><th>Bandes</th><th>v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th>2v<sub>2</sub> / 2v<sub>4</sub> / v<sub>2</sub> + v<sub>4</sub></th><th>v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Région</td><td>800-1100 cm<sup>-1</sup></td><td>1700-2050 cm<sup>-1</sup></td><td>2000-2330 cm<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>Nb de pressions enregistrées</td><td>10</td><td>10</td><td>7</td></tr><tr><td>Résolution</td><td>0.0021 cm<sup>-1</sup></td><td>0.0025 cm<sup>-1</sup></td><td>0.0025 cm<sup>-1</sup></td></tr><tr><td>Température moyenne</td><td>295 K</td><td>297 K</td><td>297 K</td></tr><tr><td>Nb moyen de scans par spectre</td><td>442</td><td>642</td><td>830</td></tr></tbody></table>

## Analyse en positions

Pour l'ajustement des positions des raies, les programmes SPVIEW et STDS [1] développés par l'équipe de Dijon ont été utilisés pour obtenir les paramètres de l'Hamiltonien effectif de la molécule considérée. Voici les résultats des statistiques d'ajustement et une représentation des résidus :

<table><caption>Statistiques d'ajustement des bandes étudiées</caption><thead><tr><th>Bandes</th><th>v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th>v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th><th>2v<sub>2</sub> / 2v<sub>4</sub> / v<sub>2</sub> + v<sub>4</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Isotope</td><td><sup>28</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>29</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>30</sup>SiH<sub>4</sub></td></tr><tr><td>Abondance</td><td>92.23</td><td>4.67</td><td>3.10</td></tr><tr><td>Data</td><td>2464</td><td>592</td><td>514</td></tr><tr><td>J<sub>max</sub></td><td>25</td><td>22</td><td>24</td></tr><tr><td>d<sub>RMS</sub></td><td>0.353</td><td>0.275</td><td>0.769</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Résidus pour les positions des raies des trois isotopologues considérés de $v_2/v_4$</figcaption></figure>

## Base de données SiCaSDa

Dans le cadre du projet CaSDa24 [2], nous avons mis en place la base de données SiCaSDa en utilisant un schéma polyade adapté à la dyade terminale. Les données sont disponibles à l'adresse suivante:
https://vamdc.icb.cnrs.fr/PHP/SiH4.php

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

CaSDa 24
Calculated spectroscopic databases

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

## Analyse en intensités

On utilise deux programmes d'ajustement multispectral Le premier a été développé à Paris et nous l'avons utilisé pour obtenir 514 intensités de raies de la diade $v_2/v_4$. Avec le deuxième, (MSFP) développé à l'Université Libre de Bruxelles, nous avons déduit les intensités de raies $S_{if}$ pour 805 raies de la diade $v_1/v_3$. Les intensités théoriques des raies sont données par :

$$S_{if}(\text{cm}^{-1}/(\text{molecule cm}^{-2})) = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \tilde{\nu}_{if} \frac{8\pi^3}{3hcQ} e^{-\frac{E_i}{k_B T}} \left(1 - e^{-\frac{hc\tilde{\nu}_{if}}{k_B T}}\right) R_{if},$$

avec

$$R_{if} = 3 \sum_{\alpha_i, \alpha_f} \left| \langle \psi_{\sigma_f}^{(J_i, C_i, \alpha_i)} | \mu_Z | \psi_{\sigma_f}^{(J_f, C_f, \alpha_f)} \rangle \right|^2.$$

$Q$ est la fonction de partition totale à température $T$, $c$ la vitesse de la lumière dans le vide, $h$ la constante de Planck, $k_B$ la constante de Boltzmann et $\mu_Z$ est la composante z du moment dipolaire. L'intensité de la raie $S_{if}$ est exprimée ici dans ce que l'on appelle l'« unité HITRAN » . Les paramètres du moment dipolaire effectif des bandes fondamentales $v_2/v_4$ et $v_1/v_3$ sont résumés ci-dessous:

<table><caption>Valeurs effectives des paramètres du moment dipolaire pour $v_2/v_4$ et $v_1/v_3$</caption><thead><tr><th></th><th colspan="4">v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th colspan="4">v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th></tr><tr><th>Bandes</th><th>v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th>v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th><th>2v<sub>2</sub> / 2v<sub>4</sub> / v<sub>2</sub> + v<sub>4</sub></th><th>v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th>v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th><th>v<sub>2</sub> / v<sub>4</sub></th><th>v<sub>1</sub> / v<sub>3</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>Isotope</td><td><sup>28</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>29</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>30</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>28</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>29</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>30</sup>SiH<sub>4</sub></td><td><sup>30</sup>SiH<sub>4</sub></td></tr><tr><td>Abondance</td><td>92.23</td><td>4.67</td><td>3.10</td><td>92.23</td><td>4.67</td><td>3.10</td><td>92.23</td></tr><tr><td>Data</td><td>2464</td><td>592</td><td>514</td><td>1314</td><td>539</td><td>597</td><td>3004</td></tr><tr><td>J<sub>max</sub></td><td>25</td><td>22</td><td>24</td><td>23</td><td>16</td><td>19</td><td>23</td></tr><tr><td>d<sub>RMS</sub></td><td>0.353</td><td>0.275</td><td>0.769</td><td>0.494</td><td>0.729</td><td>0.559</td><td>0.921</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Un aperçu de la simulation du spectre de $v_2/v_4$ de silane pour les trois isotopologues</figcaption></figure>

## Conclusion

Nous avons présenté une analyse de 3 régions de Silane. deux fondamentales $v_2/v_4$ avec $v_1/v_3$ et une de combinaison $2v_2/2v_4 / v_2+v_4$. Nous construisons progressivement une nouvelle base de données spectroscopique complète de la molécule de silane.

## Remerciements

Nous remercions Jean Vander Auwera de l'Université Libre de Bruxelles pour avoir mis à disposition le programme MSFP d'analyse des intensités de lignes et Le Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphériques (LISA). Ce travail fait partie d'un projet financé par le CEA et mené par l'ICB et le CEA.

## Références

[1] Wenger, C.; Champion, J.P. Spherical top data system(STDS) software for the simulation of spherical top spectra. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 1998,59, 471-480.

[2] Richard, C.; Fathallah, O.B.; Hardy, P.; Kamel, R.; Merkulova, M.; Rotger, M.; Ulenikov, O.; Boudon, V. CaSDa24: Latest updates to the Dijon calculated spectroscopic databases. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 2024, 327, 109127.