Distribution de la densité électronique de l'orbitale frontière d'une molécule de TMTTF. Les électrons des atomes constitutifs de la molécule peuvent être considérés soit comme des électrons de noyau, qui n'ont aucune interaction avec l'environnement, ou des électrons d'orbitales frontières, qui déterminent de nombreuses propriétés physiques de la molécule. Nous avons réussi à visualiser la distribution orbitale moléculaire frontière d'un TMTTF par une analyse structurelle précise en utilisant une méthode de synthèse de Fourier différentielle (CDFS). Crédit :Shunsuke Kitou
Une équipe de physiciens dirigée par l'Université de Nagoya utilise une source de rayons X à rayonnement synchrotron pour sonder une transition dite « sans structure » et développer une nouvelle compréhension des conducteurs moléculaires.
Nous associons normalement la conduction de l'électricité aux métaux. Cependant, certaines des conductivités mesurées élevées se trouvent dans certains cristaux moléculaires organiques. Métallique, des propriétés semi-conductrices voire supraconductrices peuvent être obtenues dans ces matériaux, qui intéressent les scientifiques depuis des décennies. Le changement de température ou de pression provoque des transitions de phase dans la structure cristalline des conducteurs moléculaires et leurs propriétés de conduction associées. Les scientifiques peuvent généralement déterminer la structure cristalline en utilisant la diffraction des rayons X. Cependant, le changement structurel accompagnant la transition de phase dans un cristal organique particulier (TMTTF) 2PF6 a défié l'examen pendant près de 40 ans.
Maintenant, une équipe de recherche de l'Université de Nagoya a enfin expliqué les mystérieux changements structurels de cette transition de phase et son comportement électronique associé.
"Les chercheurs ont mis en doute le fait que le sel de TMTTF (tétraméthyltétrathiafulvalène) présente une transition de dismutation de charge à 67 Kelvin mais aucun changement pertinent dans sa structure cristalline. Cette transition est un mystère de longue date connu sous le nom de" transition sans structure ", " explique l'auteur principal Shunsuke Kitou.
Le TMTTF est un donneur organique que l'on trouve également dans certains supraconducteurs organiques. Juste au-dessus de la température à laquelle l'azote liquide gèle, ce cristal organique se comporte comme un isolant. Mais à mesure que la température baisse, elle subit des changements électroniques et magnétiques.
Jusqu'à présent, ces changements structurels étaient trop faibles pour être mesurés directement. En utilisant la source de rayons X au SPring8, à Hyogo Japon, l'équipe a pu déterminer avec précision la structure cristalline à chaque étape. La transition sans structure implique la formation d'un cristal de Wigner bidimensionnel, basé sur un changement dans le schéma de distribution des électrons dans la structure.
"Nous avons caractérisé avec précision les changements structurels subtils au cours de cette transition et avons finalement fourni une explication physique complète de la structure apparente immuable de ce conducteur organique, " dit le chef du groupe Hiroshi Sawa. " Des données cristallographiques précises manquent encore pour de nombreux conducteurs organiques et nous espérons que nos découvertes inspireront d'autres groupes à examiner de plus près ces systèmes. Une meilleure compréhension de leur comportement complexe pourrait ouvrir la voie à une gamme de nouveaux matériaux électroniques fonctionnels."
