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Un nouvel ordre électronique engendré par le glissement d’une onde de densité de charge


Un nouvel ordre électronique engendré par le glissement d'une onde de densité de charge

 

Observer un mouvement collectif d’électrons a toujours été une entreprise difficile. Par exemple, une onde de densité de charge (Figure 1) a la faculté, dans certaines conditions, de « glisser » sur le réseau d’atomes. Ce glissement n’a été observé que par quelques expériences seulement. Les mesures de transport de courant ont été les premières expériences à mettre en évidence une signature précise de ce mouvement collectif : lorsque l’onde glisse, la loi d’ohm n’est plus vérifiée (le courant n’est plus proportionnel à la tension électrique appliquée) et un bruit électronique très particulier apparaît. Les matériaux où ces phénomènes apparaissent, comme dans le « bronze bleu », sont souvent hétérogènes, si bien que ces mesures « macroscopiques » apportent peu d’information sur l’origine du mouvement à l’échelle de l’atome.

 

Figure 1. Représentation de la structure atomique du « bronze bleu ». L’onde de densité de charge correspond à une densité électronique modulée selon les fronts d’onde en rouge.

 

Figure 2. Raie de diffraction associée à l’onde de densité de charge représenté sur la figure 1, dans deux régimes bien distincts, lorsque l’onde est statique ou lorsqu’elle glisse sur le réseau d’atomes. Dans le second cas, il apparaît des franges indiquées par des flèches qui signalent l’apparition du nouvel ordre électronique.

 

Il est alors naturel de compléter ces mesures par des méthodes de diffraction des rayons X, bien adaptées aux ondes de densité de charge. Cette approche est malheureusement confrontée au « problème de la phase » de la modulation qui interdit l’observation d’une translation globale d’un système ordonné. Pourtant, en utilisant des faisceaux X intenses et de petite taille, plusieurs conséquences du glissement d’une onde de densité de charge ont déjà été observées : lorsque l’onde glisse, la taille des domaines diminue dans la direction transverse au glissement. Autre conséquence : le comportement de l’onde semble bien différent lorsqu’on se rapproche à quelques centaines de micromètres des contacts électriques.

Pour notre part, nous avons utilisé un faisceau X large de 10 µm, obtenu au synchrotron Européen de Grenoble, et qui peut être considéré comme partiellement cohérent. Dans ces conditions particulières, nous pouvons observer plus précisément le comportement d’une onde de densité de charge : lors du glissement, l’onde se module dans le sens du mouvement et la période de la modulation atteint le micromètre, soit une valeur 1000 fois plus grande que la période de l’onde elle-même.
Des corrélations spatiales de la distribution électronique qui s’étendent sur de si grandes distances n’ont pas d’équivalent dans les systèmes électroniques. Une analogie avec les réseaux de vortex dans les supraconducteurs peut être faite même si les différences sont nombreuses car il s’agit bien ici d’un nouvel ordre électronique engendré par un mouvement.

 

Contact :

 

David Le Bolloc’h
Laboratoire de Physique des Solides,
Université Paris-Sud 11, CNRS UMR8502,
91405 Orsay cedex
téléphone : 01 69 15 60 57
courriel : David Le Bolloc’h

 

Observation of Correlations Up To the Micrometer Scale in Sliding Charge-Density Waves

 

D. Le Bolloc’h, V. L. Jacques, N. Kirova, J. Dumas, S. Ravy, J. Marcus, and F. Livet, Phys. Rev. Lett. 100, 096403 (2008)

A high resolution coherent x-ray diffraction experiment has been performed on the charge-density wave (CDW) system K0.3MoO3. The 2kF satellite reflection associated with the CDW has been measured with respect to external dc currents. In the sliding regime, the 2kF satellite reflection displays secondary satellites along the chain axis which corresponds to correlations up to the micrometer scale. This super long-range order is 1500 times larger than the CDW period itself. This new type of electronic correlation seems inherent to the collective dynamics of electrons in charge-density wave systems. Several scenarios are discussed.