Diagramme de phase

Mise en relation avec le magnétisme

Les mesures réalisées dans la cellule diamant permettent de proposer un diagramme de phase co- hérent. Il est représenté sur la gure 4.12. Le gap qui est représenté est le grand gap Eg . Il repré-

sente la phase isolante. Les anomalies magnétiques détectées à haute pression ont été indiquées sur le diagramme de phase. Les précédentes anomalies magnétiques de chaleur spécique mesurées (voir chapitre 2, page 54) ont été ajoutées pour compléter le diagramme jusqu'à plus haute pression. Les températures d'ordre trouvées correspondent parfaitement. Et comme le montre la courbe mesurée à 10.3 GPa qui contient à la fois l'anomalie magnétique et un comportement de type isolant, l'apparition du magnétisme coïncide avec la fermeture du gap.

Analogie avec le composé SmS

Cette mesure relance le débat sur l'analogie des deux composés SmS et SmB6. En eet, d'après tous

les travaux précédents, il y avait une grande gamme de pression pour SmB6 où le composé ne devait

être ni isolant ni magnétique (typiquement entre 4-5 et 8-9 GPa). Ainsi la physique semblait très diérente entre SmS et SmB6. Ceci avait déja été mis en relation à des diérences fondamentales dans

le diagramme de bande, liées à des diérences de symétrie (voir chapitre 6, page 119). Au contraire, nos dernières mesures tendent à prouver que les physiques des deux systèmes de Samarium sont beaucoup plus proches que ce qui avait été imaginé.

Rappelons nous que pour le composé SmS, l'apparition du magnétisme a été découverte à l'endroit même ou le gap se ferme. Les courbes de résistivité mesurées sur SmS ne montrent pas d'anoma- lie magnétique même si un maximum de la résistivité pourrait être lié à la température de Néel [Haga et al., 2004]. D'un autre côté, des mesures récentes de dilatation thermique sous pression [Matsubayashi et al., 2004, Imura et al., 2006] ont mis en évidence la coexistence de la dispa- rition du gap et de l'apparition du magnétisme. En eet, la gure 4.13 montre les résultats de ces mesures. Les anomalies négatives dans la dépendance en température du coecient de dilatation ther- mique α sont obtenues avec une anomalie de type Schottky, elles correspondent au gap qui se ferme sous pression. En fait, l'anomalie est liée à d∆

dp c'est pourquoi elle est négative. Les fortes anomalies

positives à haute pression, correspondent, elles, à l'apparition de la phase magnétique sous pression. Ces mesures ont permis de retracer plus précisément le diagramme de phase de SmS à proximité de la pression critique (voir gure 4.14). Le problème de la technique est qu'une hystérésis a été obtenue lors de la mesure et que les points expérimentaux sont diérents à la montée et à la descente en pression (d'où les symboles pleins et vides). Les températures d'ordre données par les mesures de chaleur spécique ont aussi été ajoutées ; mais dans ce cas là, les symboles vides représentent les anomalies larges qui sont observées à basse pression. La présence de ces anomalies jusqu'à si basse pression n'est pas claire. mais après 2 GPa, les valeurs trouvées par les deux techniques correspondent bien. L'explication de ces larges anomalies par un ordre à courte distance n'est pas crédible puisque la chaleur spécique est moins sensible aux corrélations magnétiques que la technique de NFS. En eet, les constantes de temps mises en jeu dans l'expérience de NFS sont beaucoup plus faibles que dans les autres types d'expériences. Et pourtant l'expérience de NFS ne détecte aucune corrélation avant 2 GPa, mais cependant voit le magnétisme beaucoup plus haut en température dans la phase magnétique (voir chapitre 3, le diagramme de phase page 61) ; l'explication la plus tentante pour les larges anomalies de chaleur spécique détectées avant 2 GPa reste donc l'observation d'un mélange de phase dû à la transition du premier ordre.

Dans tous les cas, à la fois les mesures de dilatation thermique pour SmS, et nos mesures de résistivité pour SmB6, montrent que dans ces deux composés, il y a réellement coexistence de la phase isolante

4.6. Discussion

Fig. 4.13 : Mesure de dilatation thermique d'après[Imura et al., 2006]. Le coecient de dilatation thermique est représenté en fonction de la tempé- rature pour quelques pressions. Une ligne continue montre pour chaque pression le t obtenu avec une anomalie de type Schottky. Les anomalies très piquées à 19.3 et 21.6 GPa représentent l'apparition de l'ordre magnétique.

Fig. 4.14 : Diagramme de phase déduit des mesures de dilatation thermique (les symboles vides et pleins représentent respective- ment les mesures réalisées à la montée et à la descente en pression). Les mesures de chaleur spécique ont été ajoutées en bleu. les symboles vides représentent les larges anomalies obtenues à basse pres- sion alors que les symboles pleins repré- sentent de nes anomalies (Voir page 60 du chapitre 3).

Fig. 4.15 : Diagramme de phase de SmB6 : zoom aux alentours de la pression critique d'après notre seconde

Chapitre 4- Étude de la transition isolant-métal de SmB6

avec la phase magnétique aux alentours de la pression critique. La gure 4.15 représente un zoom du diagramme de phase de SmB6 obtenu d'après notre deuxième série de mesures de résistivité dans

la cellule diamant. Les mesures ont été réalisées de façon plus précise aux alentours de la pression critique, et il est clair désormais que dans SmB6, tout comme dans SmS, l'ordre magnétique apparaît

lorsque le gap devient inférieur à une énergie caractéristique correspondant à la température d'ordre. Même si dans les deux composés, il y a coexistence des deux phases sur une petite gamme de pres- sion, avec coïncidence globale d'apparition du magnétisme et de la phase métallique, il y a cependant une diérence importante entre les deux comportements : Dans le cas de SmB6, la température d'ordre

est plus forte que le gap, alors que dans SmS, c'était le gap qui restait supérieur à la température d'ordre. Pour dire les choses autrement, dans le cas de SmS, c'est la phase magnétique qui se glisse en dessous de la phase isolante, alors que dans le cas de SmB6 ce serait plutôt la phase isolante qui se

glisse sous la phase magnétique. Région de transition

Aux alentours de la pression critique, et spécialement quand SmB6 devient métallique, il serait

intéressant de regarder précisément la dépendance en température de la résistivité pour observer ou non des lois de puissance. À ce stade, les courbes de résistivité n'ont pas été mesurées dans une gamme de température susamment grande pour donner un résultat signicatif. En eet, la gure 4.10a montre que le comportement à basse température n'est pas si simple : une légère bosse apparaît aux alentours de 3 K. Pour regarder des lois de puissances sur cette courbe, il faudra mesurer bien en dessous de 3 K.