STUDY OF QUASI-ONE-DIMENSIONAL CHARGE DENSITY WAVE SYSTEMS BY SCANNING TUNNELING MICROSCOPY
ETUDE DE COMPOSES QUASI-UNIDIMENSIONNELS A ONDE DE DENSITE DE CHARGE PAR MICROSCOPIE A EFFET TUNNEL
Résumé
This work lies within the scope of the study of low dimensional systems. We present a study of the local electronic properties of two quasi-one-dimensional (Q1D) charge-density wave (CDW) compounds, the blue bronze Rb0.3MoO3 and NbSe3, using scanning tunneling microscopy (STM), under ultra-high vacuum (UHV) and at low temperature. These materials were cleaved in-situ along their natural plane, (-201) for Rb0.3MoO3 and (100) for NbSe3. Our study shows that the spatial distribution of the CDWs at the surface can be qualitatively different from that of the bulk, and that an in-situ preparation of the surfaces of these compounds is required to give access to their true electronic properties. At Rb0.3MoO3 surface, the CDW was visualized by STM. A new phenomenon was observed: the qb=2kf component of the CDW wave vector is inhomogeneous at the surface. We propose that this effect results from the inhomogeneousness of the surface Fermi vector, due to the inhomogenous distribution of the alkali atoms on the surface, after cleavage of the material. The consequences of these results are discussed. Our STM measurements on NbSe3 show a first coherent study of the CDW states q1 and q2, and of their spatial distribution on the various chains of the structure. At low temperature, the existence of an interaction between the q1 and q2 CDWs is revealed by the appearance of a new superstructure. Lastly, while at the surface, the q1 CDW has a transition temperature (Tc) comparable with that in the bulk, the q2 CDW has a Tc that is 10 to 15K higher at the surface than the bulk value. Various mechanisms relying on specific surface effects are discussed.
Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des systèmes physiques de basse dimension. Nous présentons une étude des propriétés électroniques locales de deux composés quasi-unidimensionnels (Q1D) à onde de densité de charge (ODC), le bronze bleu Rb0.3MoO3 et NbSe3, par microscopie à effet tunnel (STM), sous ultra-haut vide (UHV) et à basse température. Ces matériaux ont été clivés in-situ suivant leur plan naturel, (-201) pour Rb0.3MoO3 et (100) pour NbSe3. Notre étude montre que la distribution spatiale de surface des ODC peut être qualitativement différente de celle du volume et qu'une préparation in-situ des surfaces de ces composés est nécessaire pour avoir accès à leurs propriétés électroniques véritables. En surface de Rb0.3MoO3, l'ODC a été visualisée par STM. Un phénomène nouveau a été observé: la composante qb=2kf du vecteur d'onde de l'ODC n'est pas homogène en surface. Nous proposons que ces déviations résultent d'inhomogénéités de surface du vecteur de Fermi, dues à la distribution inhomogène des atomes alcalins sur la surface, après clivage du matériau. Les implications de ces résultats sont discutées. Nos mesures STM sur NbSe3 offrent une première étude cohérente des états ODC q1 et q2, et de leur distribution spatiale sur les différentes chaînes de la structure. A basse température, l'existence d'une interaction entre les ODC q1 et q2 est révélée par l'apparition d'une nouvelle superstructure. Enfin, tandis que l'ODC q1 possède en surface une température de transition (Tc) comparable à celle du volume, l'ODC q2 possède une Tc de 10 à 15K plus élevée en surface. Différents mécanismes reposant sur des effets spécifiques de surface sont discutés.