Propriétés de transport de systèmes électroniques fortement corrélés : une étude de la transition de Mott

Transport properties of strongly correlated materials

• Auteur / Autrice : Patrice Limelette
• Direction : Denis Jérôme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Transition métal-isolant

Transport électrique

Oxydes de vanadium

Conducteurs moléculaires

Hautes pressions

Résumé

Les propriétés de transport des deux systèmes fortement corrélés (V-0. 989 Cr-0. 011)2O3 et k-(BEDT-TTF)2 Cu[N(CN)2]Cl ont été étudiées au voisinage de la transition de Mott en fonction de la température et de la pression. La technique de pression variable, à haute et basse températures, a permis de déterminer les domaines de coexistence métallique et isolant définis par les lignes spinodales des hystérésis jusqu'au point critique terminal (Tc, Pc). L'analyse du comportement critique de la conductivité du composé (V-0. 989 Cr-0. 011)2O3 a révélé une complète analogie avec la transition liquide-gaz en accord avec les prédictions obtenues dans le cadre du modèle DMFT. Nous avons ainsi montré par une analyse d'échelle que la classe d'universalité de la transition de Mott dans ce composé était celle du modèle d'Ising 3D. Dans les deux systèmes, nous avons mesuré dans la phase isolante à basse température (T <Tc) un régime activé avec un gap décroissant avec la pression mais demeurant fini et très nettement supérieur à la température avant la transition. Le transport dans la phase métallique a de plus révélé un premier crossover entre un régime cohérent de basse température (T <T*) et un régime incohérent de plus haute température. La diminution de la température de ce crossover T* au voisinage de la transition de Mott suggère une renormalisation importante du liquide de Fermi par les corrélations électroniques. Cette température T* est de plus très inférieure à la valeur du gap de Mott avant la transition, en accord avec les récentes prédictions théoriques. Ce résultats semble ainsi indiquer que le mécanisme qui gouverne la transition de Mott n'implique pas une mais deux échelles d'énergie, correspondant au gap et une énergie de Fermi fortement renormalisée. Cette interprétation est en outre corroborée par un second crossover à plus haute température (T>>T*) entre le régime métallique incohérent et un régime isolant.

Transport properties of two strongly correlated systems (V-0. 989 Cr-0. 011)2O3 and k-(BEDT- TTF)2 Cu[N(CN)2]Cl have been investigated in the vicinity of the Mott transition as a function of pressure and temperature. A variable pressure technique, at low and high temperatures, has allowed a determination of the coexistence regions between metallic and insulating states defined by hysteresis cycles up to the critical point (Tc, Pc). Critical behaviour of the conductivity in (V-0. 989 Cr-0. 011)2O3 displays a complete analogy with liquid-gas transition, in accordance with theoretical prediction obtained in the frame of DMFT model. The scaling analysis has demonstrated that the universality class of the Mott transition was the one of the 3D Ising model. For both materials, we have detected an activated behaviour of the resistivity in the insulating state with a gap decreasing with pressure. This gap remains finite and much bigger than temperature before the transition into the metallic state. Moreover, metallic transport exhibits a crossover between a low temperature Fermi liquid regime (T<T*) and an incoherent regime at higher temperature. The decrease of the temperature of this crossover T* near the Mott transition suggests a strong renormalisation of the Fermi liquid due to electronic correlations. Furthermore, this temperature T* is much smaller than the smallest value of the gap, in accordance with recent theoretical prediction. This result seems to confirm that the mechanism governing metal-insulator transition involves two energy scales, namely the insulating gap and a strongly renormalized Fermi energy. This conclusion is indeed consistent with a second crossover observed at higher temperature (T>>T*) between the incoherent metallic regime and an insulating regime.