Superconducting organic nanoparticles of κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 and TTF[Ni(dmit)2]2 : synthesis, vibrational properties and superconducting state studied by Raman spectroscopy
Nanoparticules de supraconducteurs moléculaires de k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 et de TTF[Ni(dmit)2]2 : synthèse, propriétés vibrationnelles et état supraconducteur étudiés par spectroscopie Raman
Résumé
Organic superconductors are characterized by a rich phase diagram: superconductivity, charge density wave, spin density wave, Mott transition, antiferromagnetic fluctuations ... Although these materials have been studied as macroscopic crystals since the early 1980s, the study of their properties as nanoparticles (NPs) has been little studied.During this thesis, different paths are explored in order to synthesize NPs from two organic superconductors: k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 and TTF[Ni(dmit)2]2. The samples with the narrowest size distribution, greatest homogeneity (absence of microcrystals) and purity were selected in order to compare their physical properties with those of the corresponding bulk materials. The study by Raman spectroscopy of k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 revealed anomalies in the temperature dependence of intermolecular phonons: these anomalies appear around TRMN = 50 K in the metallic phase of the bulk and the NPs. They probably highlight the coupling of intermolecular phonons with antiferromagnetic fluctuations around TRMN. Preliminary measurements in the superconducting phase indicate a Raman signature of the superconducting state of the bulk. Magnetic and resistivity measurements have shown that the NPs retain their superconducting character. The TTF[Ni(dmit)2]2 compound is characterized by the occurrence of Charge Density Waves (CDWs) fluctuations from room temperature to about 50 K, temperature at which the CDW gap opens along the Ni(dmit)2 chains. We explored the coupling of two low energy phonons with this CDW state and demonstrated the opening of a gap in the Raman electronic continuum at 4 meV in the bulk and the NPs. NPs are more sensitive to antiferromagnetic fluctuations in k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 and to CDW-type fluctuations in TTF[Ni(dmit)2]2. This could be one of the major effects of size reduction.
Les supraconducteurs organiques sont caractérisés par un riche diagramme de phase : supraconductivité, onde de densité de charge, onde de densité de spin, transition de Mott, fluctuations antiferromagnétiques ... Bien que ces matériaux aient été étudiés sous forme de monocristal depuis le début des années 1980, l'étude de leurs propriétés sous forme de nanoparticules (NPs) n'a été que peu abordée. Au cours de cette thèse, différentes pistes sont explorées afin de synthétiser des NPs de deux supraconducteurs organiques : k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 et TTF[Ni(dmit)2]2. Les échantillons présentant la distribution en taille la plus étroite, la plus grande homogénéité (absence de microcristaux) et pureté ont été sélectionnés afin de comparer leurs propriétés physiques à celles des matériaux massifs correspondants. L'étude par spectroscopie Raman de k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 a mis en évidence des anomalies dans la dépendance en température de phonons intermoléculaires : ces anomalies apparaissent autour de TRMN = 50 K dans la phase métallique du massif et des NPs. Elles mettent vraisemblablement en évidence le couplage de phonons intermoléculaires avec des fluctuations antiferromagnétiques autour de TRMN. Les mesures préliminaires dans la phase supraconductrice indiquent une signature Raman de l'état supraconducteur du massif. Des mesures magnétiques et de résistivité ont montré que les NPs conservent leur caractère supraconducteur. Le composé TTF[Ni(dmit)2]2 est caractérisé par l'apparition de fluctuations d'Ondes de Densité de Charges (ODC) de la température ambiante jusqu'à environ 50 K, température à laquelle le gap d'ODC s'ouvre le long des chaînes de Ni(dmit)2. Nous avons exploré le couplage de deux phonons à basse énergie avec cet état d'ODC et mis en évidence l'ouverture d'un gap dans le continuum électronique Raman à une énergie de 4 meV dans le massif et les NPs. Les NPs sont plus sensibles aux fluctuations antiferromagnétiques dans k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 et aux fluctuations de type ODC dans TTF[Ni(dmit)2]2. Cela pourrait être un des effets majeurs de la réduction de taille.
Origine : Version validée par le jury (STAR)