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Les fréquences interdites générées par la surface de Fermi modèle de Pippard sont élucidées.

Les oscillations de de Haas-van Alphen du supraconducteur organique κ-( BEDT-TTF)2Cu(SCN)2 sont interprétées quantitativement par les oscillations du potentiel chimique dans l’ensemble canonique.

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fig1 :
(a) Oscillations de de Haas-van Alphen et (b) analyses de Fourier correspondantes et surface de Fermi du supraconducteur organique k-(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2

Le sel à transfert de charge bidimensionnel k-(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2, synthétisé pour la première fois en, 1988, est toujours le supraconducteur organique le plus étudié à l’heure actuelle. Remarquablement, sa surface de Fermi est la première réalisation expérimentale de la chaîne linéaire d’orbites couplées qui est la surface de Fermi modèle proposée par Pippard au début des années soixante pour calculer les amplitudes de rupture magnétique dans les métaux multi-bandes (cf. l’insert de la figure 1b). En conséquence, le spectre des oscillations de de Haas-van alphen (dHvA) est composé de combinaisons linéaires des fréquences liées à l’orbite α et à l’orbite de rupture magnétique β lorsque le champ magnétique est suffisamment fort (cf. Fig. 1).

 

Les oscillations de dHvA des métaux tridimensionnels sont bien décrites par le modèle de Lifshitz-Kosevich (LK) qui est basé sur un développement au premier ordre de l’énergie libre, dans lequel le potentiel chimique est fixe et égal à l’énergie de Fermi. Il en va différemment pour le composé considéré : non seulement la dépendance en champ magnétique et en température de plusieurs composantes de fourier, par exemple 2α et 2β, n’est pas en accord avec le comportement prédit par la formule de LK, mais des ’fréquences interdites’, telle β-α qui ne correspond pas à une orbite classique, sont néanmoins observées. Ces caractéristiques, observées dès le début des années quatre-vingt-dix, restaient inexpliquées.

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fig 2 :
Dépendance en champ magnétique et en température de l’amplitude de la composante de Fourier ’interdite’ β-α. Les lignes continues sont les meilleurs ajustements du modèle.

 

Nous avons déterminé l’amplitude des oscillations de dHvA par des mesures de couple magnétique sous champs magnétiques pulsés jusqu’à 55 T, aux températures de l’hélium liquide. La dépendance en champ magnétique et en température de toutes les composantes de Fourier, en particulier la ‘fréquence interdite’ β-α (cf. Fig.2 ) et les harmoniques 2α et 2β, sont quantitativement expliquées par un calcul de l’énergie libre, dans l’ensemble canonique au deuxième ordre en facteur d’amortissement, en tenant compte de l’oscillation du potentiel chimique permise par le caractère bidimensionnel de la surface de Fermi.

 

 

 

 

 

Pour en savoir plus :

A. Audouard, J.-Y. Fortin, D. Vignolles, V. N. Laukhin, N. D. Kushch and E. B. Yagubskii, New insights on frequency combinations and ’forbidden frequencies’ in the de Haas–van Alphen spectrum of κ-(ET)2Cu(SCN)2, J. Phys. : Condens. Matter 28 275702 (2016)

A. Audouard, J.-Y. Fortin, D. Vignolles,R. B. Lyubovskii, L. Drigo, G. V. Shilov, F. Duc, E. I. Zhilyaeva, R. N. Lyubovskaya and E. Canadell, Non-Lifshitz–Kosevich field- and temperature-dependent amplitude of quantum oscillations in the quasi-two dimensional metal θ-(ET)4ZnBr4(C6H4Cl2), J. Phys. : Condens. Matter 27 315601 (2015)

A. Audouard, J.-Y. Fortin, D. Vignolles,R. B. Lyubovskii, L. Drigo, F. Duc, G. V. Shilov, G. Ballon, E. I. Zhilyaeva, R. N. Lyubovskaya and E. Canadell, Quantum oscillations in the linear chain of coupled orbits : The organic metal with two cation layers θ-(ET)4CoBr4(C6H4Cl2), Europhysics Letters 97 57003 (2012)