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Observer la transition isolant-conducteur aux rayons X


Observer la transition isolant-conducteur aux rayons X

Les mouvements de foules sont toujours difficiles à comprendre. En effet, ce n’est pas parce ce que l’on connaît bien le comportement de chaque individu, qu’il est possible de décrire comment cette foule va évoluer. C’est pour cela qu’on se retrouve souvent inquiet au milieu d’elle. Pour les électrons, il en va un peu comme pour les personnes : à l’intérieur de certains matériaux, les interactions entre les électrons sont si fortes, les comportements des électrons si dépendant du comportement des autres, qu’on parle de matériaux à fortes corrélations électroniques. La compréhension de ces matériaux est toujours un des enjeux majeurs pour les physiciens alors que les applications de ces matériaux sont potentiellement nombreuses puisque parmi ces matériaux se trouvent les supraconducteurs qui ont la particularité de laisser passer le courant sans opposer aucune résistance, ou les oxydes à magnétorésistance colossale.

 

Figure 1 : Une pression appliquée avec des enclumes diamants modifie les bandes électroniques et peut produire des résultats surprenants dans les matériaux fortement corrélés.

 

Pour décrire les propriétés physiques des matériaux à fortes corrélations électroniques ? on utilise normalement des diagrammes de phase dépendant de différents paramètres, tels que la température, la pression, le dopage, un champ magnétique appliqué, etc. Une collaboration entre des scientifiques du Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay et du synchrotron SOLEIL a montré que, si l’on observe directement la structure électronique du matériau sur l’ensemble du diagramme de phase, ceci peut révéler des détails bien plus riches de ce que l’on peut trouver dans sa version habituelle, normalement déterminée par des mesures de transport.

 

Cette découverte à été réalisée grâce à une série d’études de spectroscopie d’absorption à rayons X effectuées sur le système modèle (V1-xCrx)2O3, qui présente une transition métal-isolant prototype (transition de Mott) qui peut être induite par une variation de température, de pression ou de dopage (substitution des atomes de V avec Cr). Grâce aussi à une nouvelle méthode pour l’analyse des spectres d’absorption, développée par une équipe de théoriciens de Vienne et Stuttgart, il a été montré que l’occupation des orbitales électroniques impliquées dans la transition dépende sensiblement du parcours suivi dans le diagramme de phase : plus en détail, la phase métallique de ce matériau présente des propriétés différentes si la transition isolant-métal est induite par un changement de la température, du dopage en Cr ou de la pression appliquée. Le fait que l’application d’une pression externe et le dopage (normalement considérés équivalents dans la physique des systèmes fortement corrélés) donnent deux structures électroniques non équivalentes est un résultat particulièrement surprenant, qui pourrait avoir des implications importantes aussi pour d’autres matériaux.

 

Référence :

 

F. Rodolakis, P. Hansmann, J.-P. Rueff, A. Toschi, M.W. Haverkort, G. Sangiovanni, A. Tanaka, T. Saha-Dasgupta, O.K. Andersen, K. Held, M. Sikora, I. Alliot, J.-P. Itié, F. Baudelet, P. Wzietek, P. Metcalf and M. Marsi, “Inequivalent routes across the Mott transition in V2O3 explored by X-ray absorption”, Phys. Rev. Lett., 104, 047401 (2010)

 

 

Également sur le site du CNRS, en direct des Laboratoires

 

Contact :

 

M. Marsi (LPS), marsi@lps.u-psud.fr

J.-P. Rueff (SOLEIL), jean-pascal.rueff@synchrotron-soleil.fr