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Accueil du site > Observer les défauts d’une onde de densité de charge

D. Le Bolloc’h

Collaborations : S. Ravyet J. Dumas, SOLEIL

En 1979, Lee et Rice ont été les premiers théoriciens à évoquer la présence de défauts topologiques dans un cristal électronique : non pas les défauts d’un réseau d’atomes mais les défauts topologiques d’un ordre électronique. Quelques années plus tard, Gorkov (1983) puis Ong et Maki (1985) ont évoqué le rôle fondamental de la dynamique de ces défauts topologiques dans le glissement d’une onde de densité de charge. En effet, le glissement d’une onde de densité de charge sous l’effet d’un courant extérieur est un processus non conservatif (il y a transport d’électrons). Des « montées de dislocations » permettraient alors de former de nouveaux fronts d’onde et convertir ainsi des électrons normaux en électrons condensés. La stabilité de ces dislocations chargées a aussi été étudiée par Friedel et Feinberg (1989) par analogie avec les dislocations d’un cristal classique (d’atomes). Aucune preuve expérimentale de la présence de dislocations d’un cristal électronique n’existait jusqu’à présent. Seules les mesures d’oscillations de courant étaient compatibles avec ce processus.

Nous avons entrepris des expériences de diffraction cohérente de RX sur le « bronze bleu », composé modèle présentant une onde de densité de charge. L’idée de cette étude était simple : par définition, tout défaut topologique se caractérise par un saut de phase local de l’onde. Le déphasage associé au défaut devrait donc être mesurable par diffraction X, si la source X est cohérente. Des expériences de diffraction cohérente X réalisées à l’ESRF nous ont permis d’observer des franges d’interférences sur le pic qui caractérise l’onde de densité de charge (ODC) alors que les pics qui caractérisent le réseau atomique n’en présentent pas.

La topologie exacte des dislocations du bronze bleu peut être obtenue à partir des franges d’interférence mesurées. Une dislocation d’ODC à la particularité d’être chargée. Un saut de phase local de l’onde engendre donc un dipôle, coûteux pour le système. Dans le cas du bronze bleu, le scénario le plus coûteux en terme d’énergie de Coulomb, est la contraction de l’onde suivant les chaînes. La dislocation qui semble alors la plus favorable est une dislocation vis qui ne contracte pas l’onde suivant les chaînes. Or, dans le bronze bleu, l’onde de densité (de vecteur d’onde q) est inclinée par rapport à cet axe (fig c). C’est-à-dire que toute dislocation aura un vecteur de Burgers parallèle à q. Du fait que l’axe de la vis n’est pas parallèle au vecteur de Burgers, la dislocation la plus stable est une dislocation mixte (entre un coin et une vis).

Il s’avère que ce type de dislocation est compatible avec nos mesures expérimentales.

Figure : Diffraction X cohérente du satellite associé à l’ODC parfaite correspondant à la figure c). Diffraction cohérente en présence d’une dislocation mixte représentée en d).|

Référence :

“Charge Density Wave Dislocation as Revealed by Coherent X-Ray Diffraction” D. Le Bolloc’h, S. Ravy, J. Dumas, J. Marcus, F. Livet, C. Detlefs, F. Yakhou, and L. Paolasini, Phys. Rev. Lett. 95, 116401 (2005) ; Communiqué CNRS nov. 2005 ; Hightlights ESRF 2006