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Transitions de phase

Transitions de phase

Transitions de Mott et d’ordre de charge en Sn/Ge(111)

La recherche d’isolants de Mott bidimensionnels a commencé dans les années 1990 avec K/Si(111):B et SiC(0001). En 2006, nous avons observé une nouvelle transition de phase métal-isolant pour 1/3 MC de Sn sur Ge(111) en dessous 30 K. Nous avons interprété cette observation en terme d’une transition de Mott : c’était la première fois que les deux phases (métallique et isolante) étaient observées dans une transition de ce type en surface.

Dans Sn/Ge(111), la reconstruction métallique (3x3) qui apparaît vers 200 K était considérée comme l’état fondamental. Cependant, nos expériences complémentaires de diffraction d’électrons lents, de photoémission résolue en angle et de microscopie à effet tunnel nous ont permis de découvrir deux nouvelles phases. En dessous de 60 K, le système devient un mauvais métal en gardant sa symétrie (3x3). Il s’agit d’une phase à ordre de charge. En dessous de 30 K, la symétrie change à une symétrie (√3 x √3)R30°, où la distorsion verticale des atomes de Sn de la phase (3 x 3) est perdue et où tous les atomes de Sn deviennent équivalents. Les expériences de photoémission utilisant du rayonnement synchrotron montrent que la transition de phase structurale, observée aussi dans les niveaux de coeur, est associée à l’ouverture d’une bande interdite étendue sur la totalité de l’espace réciproque. Cet état fondamental est expliqué par la formation d’un isolant de Mott.

Transitions de phase en Sn/Ge(111). Colonne de gauche, niveaux de coeur du Sn 4d pour trois températures différentes caractéristiques de chaque phase. Colonne centrale, images STM qui montrent l’ordre de charge dans la phase intermédiaire et l’équivalence de tous les atomes dans la phase de plus basse température. Colonne de droite, structure électronique qui montre la mauvaise métallicité de la phase intermédiaire et la grande bande interdite de la phase de basse température. Figures de R. Cortés et al., Phys. Rev. B 88, 125113 (2013). Copyright 2013 de l’American Physical Society." http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.88.125113

D’autres références :

Observation of a Mott insulating ground state for Sn/Ge(111) at low temperature R. Cortés, A. Tejeda, J. Lobo, C. Didiot, B. Kierren, D. Malterre, E.G. Michel, et A. Mascaraque. Physical Review Letters 96, 126103 (2006).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.126103

Fait marquant en Nature News & Views 441, 295 (2006).

Transition en Sn/Si(111):B par diffusion collective ultrarapide

Dans la recherche d’autres isolants de Mott, l’interface Sn/Si(111) dopée avec du B est un bon candidat, car elle est hybride entre les interfaces Sn/Si(111) et K/Si :B, susceptibles de présenter des effets à N corps. Sur Sn/Si(111):B nous avons trouvé une nouvelle phase isolante à température ambiante et qui présente une transition de phase réversible à 520 K qui mène à une symétrie différente de la surface. Cette transition de phase est expliquée par un mécanisme de fluctuation collective des atomes de Sn sur la surface à l’échelle des picosecondes, qui explorent les 24 configurations énergétiquement dégénérées en fonction du temps.

Transition de phase de Sn/Si(111):B. En haut, image STM qui montre l’ordre de la surface de Sn/Si(111):B à température ambiante. En bas, diagrammes de diffraction d’électrons lents qui montrent le changement réversible de symétrie de la surface autour de 520 K. Figure de W. Srour et al., Phys. Rev. Lett. 114, 196101 (2015). Copyright 2015 de l’American Physical Society." http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.196101

Diffusion collective des atomes de Sn. Positions atomiques obtenues par dynamique moléculaire ab-initio. Film de W. Srour et al., Phys. Rev. Lett. 114, 196101 (2015). Copyright 2015 de l’American Physical Society." http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.196101