Étude de l'emboitement quantifié fractionnaire dans le métal organique (TMTSF)₂ClO₄

Fractional quantized nesting in the organic metal (TMTSF)₂ClO₄

• Auteur / Autrice : Giancarlo Faini
• Direction : Pierre Garoche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes de spin

Transitions de phases

Conducteurs organiques

Mots clés libres

Magnétocalorimétrie

Niveaux de Landau

Emboîtement quantifié fractionnaire

Nesting

Oscillations quantiques

Résumé

A basse température, le métal organique (TMTSF)₂Cl0₄ subit une transition de phase, induite par le champ magnétique, vers un état semi-métallique. Cet état semi-métallique est caractérisé par une modulation des spins électroniques, de type onde de densité de spin induite par le champ magnétique (ODSICM). Lorsque le champ varie, on observe une cascade de transitions entre phases ODSICM de périodicités spatiales distinctes. Ce comportement résulte du compromis entre la condition d'emboîtement et la condition de quantification en niveaux de Landau. Pour minimiser l'énergie diamagnétique, le système électronique maintient le niveau de Fermi dans un gap de Landau, grâce à la déformation de sa surface de Fermi. Afin de réaliser les investigations magnétocaloriques, nous avons développé un outil très performant, particulièrement adapté à des échantillons de faible taille. Nous avons effectué la mesure du coefficient d'aimantation thermique isochamp dans (TMTSF)₂Cl0₄ en fonction du champ magnétique. La gamme de températures prospectées est comprise entre 375 et 800 mK, pour des balayages du champ entre 4 et 7 Tesla. Nous avons mis en évidence une nouvelle série de transitions dans le composé (TMTSF)₂Cl0 ₄. Chaque phase ODSICM est ainsi séparée en sous-phases. L'explication d'un tel comportement implique une quantification fractionnaire du vecteur d’emboîtement. En effet, la surface de Fermi est composée de poches de porteurs non appariés. Par effet tunnel entre ces poches, les porteurs forment une poche de plus grande dimension. La quantification entière du flux magnétique pour cette poche, entraîne une quantification fractionnaire de l'emboîtement des deux nappes de la surface de Fermi. Nous avons entrepris les investigations thermodynamiques pour différents états d'ordres de (TMTSF)₂Cl0₄. Nous proposons un nouveau diagramme de phases de ce composé. Ce diagramme présente une série de bifurcations, conduisant au foisonnement des lignes de transition de phase. Cette structure arborescente des lignes de transition, sépare une multitude de sous-phases ODSICM emboîtées les unes dans les autres.

Organic metal (TMTSF)₂Cl0₄ displays, at low temperature, a field induced phase transition to a semi-metallic state. This state is characterized by a magnetic field induced spin density wave (MFISDW). As the field is varied, a cascade of transitions occurs between MFISDW phases of distinct spatial periodicities. This behavior rises in the compromise solution between the nesting condition and the Landau levels quantization condition. To satisfy diamagnetic energy minimization, the electronic system keeps the Fermi level in a Landau gap by means of the deformation of the Fermi surface. In order to perform magneto caloric investigations, we developed a very high-performance device particularly adapted to small samples. We have measured the isofield magnetization coefficient in (TMTSF)₂Cl0₄, as a function of the magnetic field. The field was sweeped from 4 to 7 Tesla. In a 375-800 mK temperature range. We give prominence to a new set of transitions in (TMTSF)₂Cl0₄. Then, each MFISDW phase is split in MFISDW subphases. The explanation of this behavior requires a fractional quantization of the nesting vector. The Fermi surface is in fact formed by several pockets of unpaired carriers. By tunneling, the carriers form a larger pocket. As a result of the integer quantization of the magnetic flux through this new pocket, the nesting of the two sheets of the Fermi surface appears to be quantized in a fractional manner. We have performed thermodynamic investigations in (TMTSF)₂Cl0₄ for different ordered states. We propose a new phase diagram for this compound that shows a set of new branches leading to the arborescence of phase transition lines. This treelike structure separates a great number of nested MFISDW sub phases.