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Transition de Mott de surface sur Sn/Ge(111)

Antonio Tejeda - Institut Jean Lamour, Nancy - Ligne Cassiopée, Synchrotron Soleil


Les surfaces possèdent des propriétés susceptibles de présenter de phénomènes collectifs. La corrélation électronique peut y être particulièrement forte en raison de la basse dimensionnalité, de la basse coordination des atomes de surface et des reconstructions de surface, qui favorisent la localisation, car elles rendent les liaisons pendantes plus éloignées entre elles.
Nous avons étudié la structure électronique de la reconstruction (3x3) qui apparaît lors de l’adsorption de Sn ou sur Ge, où les effets mentionnés peuvent être importants. Dans la cellule unité il y a trois atomes non équivalents dont un beaucoup plus élevé que les deux autres. Cette reconstruction est métallique, car il y a trois électrons par cellule unité. Nous observons cela dans la traversée du niveau de Fermi de la bande associée aux atomes les plus bas. Cette bande est à l’origine d’une surface de Fermi sans emboîtement ; sa largeur pourrait permettre une transition de Mott.

 

Lorsque nous avons diminué la température jusqu’à 10 K, nous avons observé par LEED une nouvelle transition de phase, qui correspond au changement d’une symétrie (3x3) à une (√3x√3)R30º à basse température. Dans la phase à basse température, tous les atomes de Sn deviennent équivalents comme le montrent nos mesures de microscopie à effet tunnel. Un tel système, avec un électron par atome, devrait être métallique. Les expériences de photoémission montrent au contraire l’ouverture d’une bande interdite étendue sur la totalité de l’espace réciproque. Cet état fondamental du système est expliqué par la formation d’un isolant de Mott, où les électrons restent cependant localisés à cause de leur corrélation électronique1,2.

 

 

Figure 1 : Illustration 3D de spectres de photoémission symétrisés par rapport au niveau de Fermi. A gauche, la présence d’états au niveau de Fermi (marquée par les flèches) indique la métallicité du système au dessus de 30 K. A droite, la suppression d’états au niveau de Fermi en dessous de 30 K montre la disparition des états au niveau de Fermi et une transition métal-isolant.

 

1 - R.Cortes, A. Tejeda, J. Lobo, C. Didiot, B. Kierren, D. Malterre, E.G. Michel, et A. Mascaraque, Phys. Rev. Lett. 96, 126103 (2006).
2 - S.C. Erwin, Nature 441, 295 (2006).

 

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