ORDRE DE CHARGE ET DE SPIN DANS LES CONDUCTEURS …

P. FOURY-LEYLEKIAN (LPS, Orsay)

S. BERNU, S. FAGOT, D. LE BOLLOC’H, J.P. POUGET, A. MORADPOUR (LPS, Orsay)

E. LORENZO, Y. JOLY (Labo de Cristallographie, Grenoble)

S. RAVY, P. FERTEY (SOLEIL)

B. HENNION (LLB), S. PETIT (LLB)

M.H. LEMEE-CAILLOT (ILL), A. STUNAULT (ILL)

E. RESSOUCHE (CEA)

C. COULON (CRPP, Bordeaux)

ORDRE DE CHARGE ET DE SPIN DANS LES CONDUCTEURS DE BASSE

DIMENSION A FORTES CORRELATIONS

15-16 Mars 07 Journées

LLB/SOLEIL

V

U

Système de basse dim. + Corrélations électroniques

4KF

INSTABILITE DES SYSTEMES DE BASSE DIMENSION A FORTES CORRELATIONS

ODS

+ couplage réseau

2KF

BOW

ODC CO

+ - + -

2kFODC kF

Ek

k2∆∆∆∆

χ(q)

I) (TMTYF)2X : Etude des ordres de charge et de spin à la lumière de nouvelles techniques

expérimentales

Collaborations :

- B. Hennion, S. Petit (LLB)

- M.H. Lemée-Caillot, A. Stunault (ILL)

- S. Ravy, P. Fertey (SOLEIL), E. Ressouche (CEA), C. Coulon (CRPP)

xa

a

chaîne zig-zag de TMTyF

P 1

X=anion Centro : AsF6, PF6, SbF6…ou non centro. : BF4, ClO4…

(TMTYF)2X: UN CONDUCTEUR QUASI-1D

Molécule Organique avec S (o=TMTTF) ou Se (o=TMTSF)

UN RICHE DIAGRAMME DE PHASES…

Coexistence de 2kF ODC/ODS dans (TMTSF)2PF6

Ordre de charge et phase SP dans (TMTTF)2X

I) COEXISTENCE MICROSCOPIQUE DE PHASE ODS/ODC DANS (TMTSF)2PF6

•TCDW=12K ; q=(2kF=0.5;0.2±0.05;?); 0.1µµµµB

• q emboîte la SF quasi-1D

J.M. Delrieu et al J. Lasjaunas PRL 94

• Transition 1er ordre?

• Anomalie cinétique à 4-5K

SFRésistivité Cp/T3

PHASE 2kF ODS

ETUDES NEUTRONS

Bruit aux petits angles : I~50±7ct/mn

Recherche de la composante ODS : 4F2 (LLB), Vivaldi, D23 (ILL)

Réflexion de Bragg ~1000ct/mn

ODS de 0.1 µµµµB-> I~10-2 I bragg~20ct/mn?

ODS non détectée :

Amplitude de l’ODS plus faible que prévu ??

Carte d’aimantation : Neutrons polarisés D3 (ILL)

Mesuré : 4Rflipping~0.005±±±±0.005 ->FM< 0.02 ±±±±0.02

M< 10-2 µµµµB /molecule, ~limite expérimentale

Attendu : χχχχ=2.10-4emu/mol -> M~5.10-3 µµµµB /mol

A. Moradpour

3

1

2

(TMTSF)2PF6

0

100

200

300

10 12 14 16

T(K)

Inte

nsi

ty

q1 "2kF"q2 "4kF"

satellit

satellit

satellit

TC

T=10.7K

. Effets inattendus à 4K (Kagoshima et al SSC 1999 et P. Foury et al)

+ COMPOSANTE 2kF ODC

. Résultats : réflexions satellites à (0.5, 0.25,?)=qODS ���� Ordre de charge pur

UN ETAT MIXTE 2kF ODC/ODS …θ

J.P. Pouget et al, Synth. Met. 97 P. Foury, et al, non publié G. Guillier

2 4 6 8 10 12 14 160.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

I(T

)

Temperature (K)

Q=(2.5,3.25,?)

5K

II) ORDRE DE CHARGE ET SPIN PEIERLSDANS (TMTTF)2A (A=PF6, AsF6, SbF6)

(D.S. Chowet.al. 85, 1698 (2000))NMR

P

Prédictions théoriques : rôle des anions (D. Poilblanc (2001) , P. Monceau (2001))

(TMTTF)2X (PF6…) : ORDRE DE CHARGE?Constante diélectrique inverse (100 khz)

(TMTTF)2AsF6(Nad et. al. J. Phys. : Cond. Mat. 12 (2000) L435)

Ordre de Charge+

dimérisation=

Ferroélectricité

Perte du centre d’inversion

ORDRE DE CHARGE : EFFET « STRUCTURELESS »

Temperature (K)

Intensity (arbitrary units)

50 100 150 200 2500.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0(TMTTF)2AsF6 (722)

-- calculation(TMTTF)2SbF6 (52-4)

(TMTTF)2PF6 (63-2)Inte

nsi

ty

Temperature (K)

(TMTTF)2SbF6 (52-4)

(TMTTF)2AsF6

* Pas d’anomalie de I(T) liée à l’OC

(TMTTF)2PF6 (63-2)

Mesure de DFX

Pas de shift au seuil pour T<TCO

* OC s’il existe : < 0.04e-/S ���� c’est-à-dire < 0.24e-/mol.

* EXAFS : faible précision pour un OC moléculaire

Energie (eV)S. Ravy, P. Foury et al, J. Phys. 04 (LURE)

S edge

EXAFS

! SENSIBILITÉ DE L’ODRE DE CHARGE AUX RX !

Affinement de structure

* Brisure de symétrie 1 invisible

BM1, ESRF

TRANSITION SPIN PEIERLS

q=(1/2,1/2,1/2) : 2kF BOW Sensible aux RX

J.P. Pouget et al (82)

Diffusion RX

� Mesure de I(T), Tc, amplitudeTSPH=17K etTSPD=14K; ∆∆∆∆H≈≈≈≈80 K et ∆∆∆∆D≈≈≈≈72 K; ηηηηD ~10-3Å

���� Mesure du gap de Spin en cours (~1.6THZ)

P. Foury et al PRB 2004 et JP Pouget et al JLTP. 06

Diffusion neutrons

I

T

I

E

Susceptibilité, C.Coulon al 05

Tc=17K

II) BaVS3 : Ordre de charge et ordre orbital?

Collaborations :

- L. Forro, N. Barisic (EPFL, Suisse)

- H. Berger (ICM, Suisse)

- M. Greenblatt, M. Lobanov, G. Popov (Rutgers, USA)

- A. Georges, S. Biermann, F. Lechermann (CPHT, X)

- M. Anne, E. Lorenzo, Y. Joly (Labo de cristallo, Grenoble)

- P. Fertey (SOLEIL), V. Ilakovac (CCR, Paris)

- M.H. Lemée-Caillot (ILL, Grenoble)

- P. Cenzier, C. Pasquier (LPS, Orsay)

Thèses :

-S. Fagot (05)

-S. Bernu (en cours)

S

V

B

c

UN CONDUCTEUR QUASI-1D A FORTES CORRELATIONS

Réseau héxagonal de chaînes d’octaèdres VS6 séparés par des atomes de Ba (P63/mmc)

dV-V// =2.8Å

dV-V⊥⊥⊥⊥=6.72Å

Structure fortement 1D

σσσσc/σσσσa=4

Conductivité faiblement 1D

M. Nakamura et al, PRB 49 (1994) H. Imai et al JPSJ (1996)

Tendance au ferromagnétismeLiquide de Luttinger?

ARPES Susceptibilité

θθθθc>0

Structure

dz2

e(t2g)

Le champ cristallin sépare les niveaux électroniques t2g du V

DEGRES DE LIBERTES DE SPIN, DE CHARGE ET D’ORBITALE …

M. Whangbo et al, J. Solid

State Chem. 02

bande dz2

e(t2g)

Ba2+ V4+ S2-3

� V : 3d1

+2 V par maille

F. Lechermann et al, PRL 05

LDALDA+DMFT

94% 50%

SERIE DE TRANSITIONS DE PHASE

Transition structurale à Ts=240K

Hexagonal -> Orthorhombique M. Guedira et al, J. Phys. C 19 (1986)

Transition Métal-Isolant à TMI=70K

Comportement anormal

Transition incomprise à Tx=30K

Origine magnétique?

c

T > TS T < TS

Cmc21

G. Mihaly et al, PRB 00

T

ρ(T) χ(T)

T

Curie 1.2 ± 0.1 µB� ½ e- localisé/V� ½ e- déloc/V

= calcul LDA+DMFT

TRANSITION MI DE TYPE PEIERLS

80 100 120 140 160 1800.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

1/cH1/aH

aH aH+2bH

cH run 1cH run 2

HW

HM

(nm

-1)

T (K)

Régime de fluctuations quasi-1D � instabilité structurale de la chaîne de V4+

S. Fagot et al, PRL 04

20 40 60 80 100 120 140

130

135

140

145

150

155

160

165

170

(1 5 0)

inte

nsity

(ar

bitr

ary

unit)

T (K)

10 20 30 40 50 60 70 800123456789

(-1 4 -2.5)

inte

nsity

(ar

bitr

ary

unit)

T (K)

Modulation structurale à q=(1,0, ½) et 2q

(S. Fagot et al, SSS 05)

Surstructure à 40K (ID31, ESRF) : tétramérisation de la chaîne=BOW

Transition MI de type Peierls avec 2kF=1/2 :� En accord avec la susceptibilité

� En accord avec le calcul LDA+DMFT

ORDRE DE CHARGE ?

c =

BOW + OCODC+ maille à 2 sites

Analyse BVS Ordre de Charge?

V1 3.83 e-

V2 4.14 e-

V3 4.31 e-

V4

V4 4.13 e-

2.750 Å

2.958 Å

2.894 Å

2.798 Å

c

T=5K

ETUDE DE L’ORDRE DE CHARGE

+δ -δ0 0 +δ -δ0 0 +δ -δ0 0

� δoptimum = - 0.0047 ± 0.01 e- � Absence d’ordre de charge à T<TMI,Tx

S. Fagot et al PRB 06

5.45 5.46 5.47 5.48 5.49 5.50

17

18

19

20

21

inte

nsité

(u.

a.)

énergie (keV)

DAFS (ID20+D2AM) Correction d’absorption (E. Lorenzo)

+ +-20 0 20 40 60 80 100

13

14

15

16

inte

nsité

(u.

a.)

énergie (eV)

Simulations FDMNES (Y. Joly)

cdz²

e(t2g)

2kF ODCdz²

4kF ODCe(t2g)

V1

V2

V4

V3

V1

INTERPRETATION : ORDRE ORBITAL

S1

S1

S2S2

S2S2

∆V-SG

∆V-S2

∆V-S1

0.100.040.120.14

0.080.130.080.02

0.500.370.530.47

V4V2 V3V1

Variations desdistances V-S

ORDRE ORBITAL A BASSE T

H. Nakamura et al,

PRL 97

H. Pen et al, PRL 97

Spin-Echo, RMN OO, réseau triangulaire

� Diffusion anomale au seuil L du Vanadium (~500eV)

CONCLUSIONS

� De Nombreux phénomènes type ordre de charge, spin, ordre orbital dans les conducteurs de basse

dimension à corrélations fortes

�Diverses techniques de choix pour leurs études : diffusion anomale, neutrons, neutrons polarisés…

� Vers de nouveaux systèmes tels les supraconducteurs lamélaires hydratés NaxCoO2 où toutes ces thématiques

sont critiques