Chapitre I: LES PHASES ONDES DE DENSITÉ DE
III- 4-b- Modèle de dépairage de paires électron-trou par la mise en
Lebed' et Bak (LB) ont développé un modèle théorique pour expliquer la réentrance de l'état métallique dans la phase ODSIC ainsi que les oscillations rapides observées dans le composé (TMTSF)2ClO4 à fort champ [41,42,43]. Dans leur modèle, ils proposent un mécanisme de destruction des paires électron-trou, qui est directement relié à la mise en ordre des anions [35] : la transition de mise en ordre rend en effet les chaînes conductrices voisines non équivalentes. Il en résulte une nouvelle périodicité dans le plan le plus conducteur suivant la direction b. Cette périodicité introduit de nouvelles réflexions de Bragg, ce qui entraîne l'ouverture d'une bande interdite dans la direction transverse. Selon LB la réentrance de l'état métallique dans la phase ODSIC et les oscillations rapides observées dans le composé (TMTSF)2ClO4 à fort champ peuvent être interprétées comme des conséquences de cette nouvelle bande interdite. La présence de la bande interdite ∆ modifie le spectre des énergies électroniques, qui peut être décrit par la relation de dispersion suivante :
ε
1,2=±v
F(px ± pF) ±[
4tb2cos2(pyb)+ ∆2]
1/2 + 2tccos(pzc*) (III-26 ) Le premier terme correspond au mouvement des électrons le long des chaînes vers la droite (nappe '+' de la surface de Fermi) ou vers gauche (nappe '–'). Le second terme traduit la possibilité des électrons de sauter d'une chaîne à l'autre; ce terme décrit le doublement de la périodicité suivant la direction b. Le dernier terme décrit la probabilité de saut dans la direction perpendiculaire au plan (a,b). La figure III-18 représente la surface de Fermi qui découle de la relation (III-26). Malgré l'ouverture de la bande interdite du fait de la mise en ordre des anions, le caractère métallique du système ne s'altère pas en dessous de la température de mise en ordre, car il n'altère pas la surface de Fermi dans la direction de meilleure conductivité (au contraire du (TMTSF)2ReO4, qui subit une transition métal-isolant à la mise en ordre au vecteur d'onde (1/2,1/2,1/2)).Q
∆
π
b
_ : 2 nappes
non équivalentes
Figure III-18Effet de la mise en ordre des anions sur l'emboîtement de la surface de fermi
La mise en ordre des anions ClO
-4 dans le (TMTSF)2ClO4 se traduit par le doublement de la période cristalline dans la direction b (la direction de juxtaposition des chaînes TMTSF). Cette nouvelle périodicité conduit dans l'espace réciproque à l'ouverture d'une bande interdite de largeur ∆ dans la direction kb. Le résultat au niveau de Fermi est qu'il existe toujours un vecteur d'emboîtement Q , mais que la surface de Fermi est constituée de deux nappes non équivalentes. Lebed' et Bak ont évalué l'influence de cette altération sur la stabilité de l'onde de densité de spin ; leur résultat est que la présence de la bande interdite ∆ doit déstabiliser l'ODS [32]. C'est le contraire que nous observons : la température critique est d'autant plus élevée que les anions sont mieux ordonnés (aux vitesses de refroidissement les plus lentes), c'est-à-dire que la bande interdite ∆ est plus grande.
Par contre, selon LB, la bande interdite de mise en ordre du (TMTSF)2ClO4 ne détruit pas l'emboîtement des deux nappes de la surface de Fermi au vecteur d'onde
1
Q =(2kF,π/b,π/c), responsable de l'instabilité onde de densité de spin. Néanmoins la bande interdite détruit les paires électron-trou par le mécanisme suivant. En présence de ∆, les
chaînes conductrices voisines ne sont plus équivalentes. Il existe deux types de fonctions d'ondes: les fonctions (+) qui présentent leurs maxima sur les chaînes paires, et les fonctions (-) dont les maxima sont situés sur les chaînes impaires. L'instabilité onde de densité de spin de vecteur d'onde Q =(2k1 F,π/b,π/c) favorise le couplage des fonctions d'onde qui présentent des maxima sur différentes chaînes, ce qui entraîne une détérioration de l'appariement électron-trou. Le modèle prédit par ce mécanisme que la température de transition métal-ODSIC doit diminuer au fur et à mesure que largeur de la bande interdite ∆
Naughton et coll. [44] ont rapporté qu'à fort champ (au-dessus de 15 teslas), l'aimantation change de signe quand l'échantillon est lentement refroidi, et qu'au contraire, lorsque celui-ci est trempé rapidement, aucun changement de signe n'est observé. Dans le premier cas, on observe une réentrance de l'état métallique au-dessus de 27 teslas, alors que dans le dernier cas elle n'a pas lieu. Ceci veut dire que, dans ce domaine de champ magnétique, l'ordre des anions déstabilise l'ODSIC comme le prédit le modèle de Lebed' et Bak [35].
Nous observons exactement le contraire entre 3 et 7 teslas : plus le désordre des anions augmente, plus la température critique diminue.
Nous en déduisons que la bande interdite ne serait pas directement responsable de la chute de la température critique.
Il est étonnant de constater que l'action de la mise en ordre des anions sur l'ODSIC dans le (TMTSF)2ClO4 n'est pas monotone en fonction du champ magnétique :
– en champ nul, la mise en ordre déstabilise l'état onde de densité de spin au profit d'un état supraconducteur [45-47] ;
– entre 3 et 7 teslas, nous avons montré que la mise en ordre favorise l'onde de densité de spin induite par le champ magnétique ;
– au-dessus de 15 teslas, à l'inverse la mise en ordre favorise la réentrance métallique, et donc déstabilise l'ODSIC [44].
Dans le cadre du modèle "standard" des ODSIC et des autres modèles que nous avons présentés ci-dessus on ne peut pas donner une explication totalement satisfaisante de ces différents comportements. Nos résultats suggèrent que le libre parcours moyen électronique joue un rôle primordial.