Étude par microscopie/spectroscopie tunnel de la transition isolant/métal induite par pulses électriques dans GaTa4Se8

par Vincent Dubost

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Dimitri Roditchev et de William Sacks.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .

mots clés

• Supraconductivité
• Transition Métal-isolant
• Isolants de Mott
• Graphites intercalés
• Chalcogénures de métaux de transition
• Electrons fortement corrélés

Résumé

Dans cette thèse, nous avons abordé par la microscopie/spectroscopie tunnel l'étude de deux phénomènes mettant en jeu les interactions entre électrons : la supraconductivité et la transition Métal/Isolant de Mott. L'étude par microscopie/spectroscopie tunnel du graphite intercalé supraconducteur CaC6 a permis qu'il s'agissait d'un supraconducteur bien décrit par la théorie BCSconventionnelle, avec un gap à température nulle de 1,6+/0,2 meV. Toutefois, un léger élargissement des structures spectroscopiques témoignait d'une légère anisotropie du paramètre d'ordre dans le plan ab. Nous avons pu extraire par l'imagerie du réseau de vortex une longueur de cohérence extrapolée à température nulle de 38 nanomètres. La seconde partie du manuscrit est constitué par l'étude de la transition Isolant-Métal induites par pulses électriques dans GaTa4Se8, qui est un isolant de Mott faible, proche de la transition Isolant Métal. L'application du pulse électrique entraine l'apparition de zones métalliques dans une matrice isolante au sein du volume du matériau,ce qui fournit une explication des modèles phénoménologiques développés suite aux mesures de transport. De plus, l'application de rampes de tension lors des mesures spectroscopiques induit une transition Isolant-Métal locale, et pour des tensions encore plus élevées (V > 1. 0V), on observe un gonflement de la surface sous l'effet du champ électrique. L'étude du composé dopé en électrons de formule Ga0,91Zn0,15Ta4Se8 montre que si le dopage induit effectivement une métallicité, la transition observée sous pulse se rapproche plus d'une transition induite par une modification du rapport t/U que d'une transition induite par dopage. Ce manuscrit pose la question de savoir si ces phénomènes sont intrinsèques à GaTa4Se8 ou généralisables aux autres isolants de Mott faibles.

Titre traduit

Scanning tunneling Microscopy/sectroscopy study of the electric pulse induced insulator metal transition in GaTa4Se8

Résumé

In this PhD thesis, we have studied using scannng tunneling microscopy/spectroscopy the two main phenomena due to interactions between electrons : superconductivity and Mott Metal-Insulator transition. The study of the intercalated graphite CaC6 show that this superconductor is well described by conventionnal BCS theory with a zero temperature gap of 1. 6 +/-0. 2 meV, even if a small spectroscopic broadening suggest a weak anisotropy in the ab plane. The imaging of vortex lattice give for the coherence length extrapolated at zero temperature 38 nanometers. The main part of the manuscript is dedicated to the study of the Electric Pusle Insulator-Metal Transition in the weak Mott Insulator GaTa4Se8. The application of the electric pulse induces the formation of metallic zones in a insulating matrix in the bulk material. These observations provides a natural explanation for the phenomenological model used in transport measurements. The application of voltage sweeps during spectroscopic measurements trigger a local Insulator-Metal transition and for increased biases (V>1. 0V), one can observe a inflation of the surface as an effect of the electric field. The study of electron doped compound Ga0,91Zn0,15Ta4Se8 show that if doping induce a metallicity, the transition induced by the electric pulse is closer to a bandwith controled transition rather than a doping controled transition. This manuscript set the question if this phenomena isintrinsic to GaTa4Se8, or general to the other weak Mott insulators.