Préparation du bronze bleu

L

syn-d’un mélange de K₂MO₄-MoO₃ dans des conditions précises de température et de compo-sition. Le produit de la réaction se présente sous la forme de cristaux feuilletés allongés dans la direction ~b, c’est-à-dire suivant l’axe des chaînes, et avec pour normale la direction 2~a^∗ − ~c^{∗. Par ailleurs, les cristaux peuvent être facilement clivés à l’aide d’une lame de} scalpel, pour obtenir des surfaces plus propres. La dimension typique des cristaux est de 5 × 3 × 0.5 mm3.

Une fois qu’un cristal satisfaisant a été sélectionné, il doit être préparé de manière à pouvoir effectuer des mesures de transport. Nous avons choisi de réaliser un montage en quatre points de manière à s’affranchir de la résistance des contacts et des fils lors de la mesure. La figure5.1illustre la différence entre un montage en deux points et un montage en quatre points.

Figure 5.1 – Illustration de la différence entre un montage 2 points et un montage 4 points.

Pour un montage en deux points, la tension mesurée prend en compte la résistance des fils reliant le générateur à l’échantillon ainsi que la résistance des contacts déposés sur l’échantillon, et dans lesquels circule un courant i. Ainsi, la tension mesurée ne correspond pas à celle de l’échantillon mais à celle de tout le montage. Lorsqu’on fait un montage en quatre points, deux contacts sont dédiés à la mesure de tension. Pour une telle mesure, un courant très faible δi est appliqué à la boucle de mesure de tension. Ainsi, la tension dans les fils et les contacts est minime puisqu’un très faible courant y circule. Par contre, l’échantillon est soumis à un courant δi + i, et donc la tension lue correspond à peu de choses près à la tension de l’échantillon seul. Quatre contacts en or sont donc déposés sur l’échantillon. Deux d’entre eux (notés I+ et I−) sont destinés au passage du courant et placés aux extrémités de l’échantillon, y compris sur la tranche de manière à ce que

le courant circule dans le volume. Les deux autres contacts (notés V+ et V−) servent à la mesure de la tension et sont placés entre les deux contacts de courant à la surface de l’échantillon. La figure5.2est une photographie d’un échantillon de bronze bleu sur lequel quatre contacts en or ont été déposés et où des fils d’or de 50 µm de diamètre ont été connectés avec un point de laque d’argent. Ces fils sont ensuite reliés à des plots desquels partent des fils de cuivre de plus gros diamètre, jusqu’à arriver au générateur de courant et au voltmètre, suivant un montage identique à celui représenté sur la figure5.1.

Figure 5.2 – Photographie d’un échantillon de bronze bleu sur lequel quatre contacts en or ont été déposés, et des fils d’or de 50 µm de diamètres sont connectés grâce à un point de laque d’argent.

Le passage de la transition de Peierls peut se mesurer en effectuant une mesure de transport en quatre points. En effet, c’est une transition métal-isolant, donc en suivant la valeur de la résistance en fonction de la température lors du refroidissement de l’échantillon, un changement de comportement de la résistivité est attendu à la température de transition. La figure5.3est une mesure de la résistance de l’échantillon en fonction de la température lors d’un refroidissement de l’échantillon depuis la température ambiante jusqu’à 90 K, avec une vitesse de descente de l’ordre de 2 K/min, et en imposant un courant de 1 mA à l’échantillon.

Il apparaît clairement un changement de comportement autour de T_P = 180 K. Pour T > T_P, la résistance diminue légèrement avec la température, ce qui est caractéristique d’un comportement métallique. Mais en dessous de TP, une augmentation soudaine de la résistivité est le signe du passage dans une phase semiconductrice. Ce type de mesure est la signature du passage de la transition.

Enfin, une fois que l’échantillon a montré les signes attendus de passage de la transition de Peierls, et donc de formation de l’ODC, il est nécessaire de savoir si celle-ci est capable de glisser sous courant, et quelle est la valeur du courant critique de dépiégeage de l’ODC. Ainsi, chaque échantillon est caractérisé à basse température sous courant avant d’être étudié par diffraction des rayons X. Les effets auxquels nous nous sommes intéressés néces-sitaient d’imposer un courant électrique bien supérieur à la valeur critique de dépiégeage de l’onde. Par conséquent, les échantillons ayant une valeur de courant critique de glissement

0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,1 1 10 T P R é si st a n ce ( O h m s) 1/T (K -1 )

Figure5.3 – Résistance (échelle logarithmique) en fonction de l’inverse de la température. Pour T > T_P, l’échantillon a un comportement métallique, avec une baisse de la résistance avec la température. Pour T < TP, la résistance augmente brusquement, signe du passage en régime semiconducteur. La valeur de T_P se situe bien autour de 183 K.

assez basse ont été sélectionné pour les campagnes de mesures en diffraction de rayons X. Cette caractérisation se fait à une température d’environ 100 K, et en imposant un courant variant de 0 mA à 10 mA. Une caractéristique courant-tension typique est représentée sur la figure 5.4. 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 a) V ( V ) I (A) 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 7 8 9 10 11 12 b) R é s i s t a n c e ( O h m s ) I (A)

Figure 5.4 – a) Caractéristique courant-tension d’un échantillon de bronze bleu à 90 K ; b) variation de la résistance de l’échantillon en fonction du courant imposé.

(va-lant environ 2 mA sur la figure 5.4), la caractéristique courant-tension ne suit plus la loi d’Ohm, signe de l’apport d’un courant supplémentaire par l’ODC. La courbe de résistance en fonction du courant imposé montre un palier pour des courants inférieurs au courant critique, et une baisse de résistance dès que l’ODC glisse. Les échantillons ayant un courant critique inférieur ou égal à 2 mA sont de bons candidats pour les mesures en diffraction, les courants maximaux imposés étant de l’ordre de 25 mA pour éviter les effets de chauffage.