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INSTABILITÉ

ÉLECTRONIQUE

ET CHANGEMENT DE PHASE CRISTALLINE

DES COMPOSÉS DU TYPE

V3Si

A BASSE TEMPÉRATURE

Par J. LABBÉ et J.

FRIEDEL,

Faculté des

Sciences, Physique

des

Solides,

91

Orsay.

Résumé.

2014

Dans V3Si les atomes de vanadium sont

disposés suivant des chaînes linéaires denses et on peut appliquer aux électrons d l'approximation des liaisons fortes à une dimen- sion. On constate que l'énergie électronique ainsi calculée s'abaisse par déformation de la maille. Ceci peut constituer une explication, par un effet Jahn-Teller de bandes, du change- ment de phase cubique tétragonale observé à basse température.

Abstract.

2014
In V3Si the vanadium atoms form an array of dense linear chains ; a tight bin- ding approximation in one dimension can be used for the d electrons. It is found that the electronic energy calculated by this method is reduced when the lattice is deformed. This leads to a band type of Jahn-Teller effect, which could explain the cubic to tetragonal tran- sition which has been observed at low temperatures.

LE JOURNAL DE

PHYSIQUE

TOME 27, MARS-AVRIL 1966,

Introduction.

Une transition

martensitique de la structure cubique

à la structure

tétragonale a été observée à basse température dans les composés intermétalliques supraconducteurs du type V3X (X

Si, Ga, Ge, Sn, etc...)

ou lVb3Sn [1], [2], [3]. Ce changement de structure se produit

à une

tempé- rature Tam généralement supérieure

à la

tempéra- ture Te d'apparition de la supraconductivité (1).

Nous nous

proposons de montrer ici que ce chan- gement de structure peut s'expliquer par une insta- bilité

électronique

de la phase cubique. De plus nous montrons dans quelles conditions une telle insta- bilité favorise, pour les composés envisagés, le chan- gement de structure observé plutôt que d'autres changements de structure que l'on pourrait imaginer.

L'instabilité

invoquée pour les électrons de la bande d de ces composés est du type

Jahn Teller.

On sait

que l'effet Jahn Teller est une distorsion cristalline qui lève la dégénérescence d'un état

électronique

localisé partiellement occupé.

Le cas

simple des composés

étudiés

permet d'analyser deux effets différents de type

Jahn Teller

qui peuvent se présenter pour les états

électroniques

étendus d'une

bande partiellement occupée : distorsions uniformes qui changent la symétrie du réseau ; distorsions périodiques, dont la longueur d'onde est en général liée à celle des électrons de Fermi. Nous montrons que, dans tous les cas, l'énergie gagnée par la levée de la dégénérescence croît seulement comme le carré de la distorsion pour les petites valeurs de celle-ci, contrairement aux effets linéaires observées pour les

états

électroniques

localisés. Ces effets sont en fait très analogues

à ceux du

potentiel d'échange sur les

électrons dans les métaux

magnétiques : on y retrouve la distinction entre les couplages uniformes ferromagnétiques et les couplages périodiques anti- ferromagnétiques ou en hélices ; les changements d'énergie sont

également

du second ordre dans le moment magnétique.

Dans le cas des

composés considérés, la bande d a une forme très simple dans l'approximation des liaisons fortes, qui permet une comparaison quanti- tative de la stabilité des modes de distorsion uni- formes et périodiques.

Mais les conclusions essen-

tielles ne dépendent guère des détails du modèle employé, et seraient conservées dans un modèle de bandes étroites plus raffiné.

Dans le

présent article nous nous limitons à l'étude des modes de distorsion uniformes tempé- rature nulle. Dans un deuxième article nous verrons quelle est l'influence de la température sur ces modes. Dans un troisième article nous discuterons les modes de distorsion périodiques. Nous pourrons alors préciser dans quelles conditions de remplissage de la bande d la distorsion tétragonale observée est la plus stable.

I. MODES DE DISTORSION UNIFORME

A TEMPÉRATURE NULLE.

I.'1. Structure de bandes d en

phase cubique dans l'approximation des liaisons fortes. A la tempé- rature ordinaire, la structure cristalline des com- posés considérés est celle du tungstène ~. Les atomes X forment un réseau cubique centré, et les atomes de transition sont répartis dans des rangées indépendantes

à forte densité d'atomes

qui s'alignent suivant les trois arêtes du cube [100], [010] et [001] ( fig. 1).

Nous utiliserons un modèle

comportant un (1)

Notons toutefois

qu'on semble avoir observé la supraconductivité dans la phase cubique grâce l'hysté- résis de la transition martensitique.Article published online by 154
système de bandes d en liaisons fortes et une bande s de conduction. Comme les atomes d'une rangée sont beaucoup plus proches que les atomes de transition de deux rangées différentes, on peut traiter indépen- damment les électrons d des atomes de chaque rangée.

FiG. 1.

Structure cristalline de

V3X.

Les atomes X

ne sont pas représentés ici ; ils occupent en fait les sommets et le centre de la maille cubique. Les sphères représentent les atomes de vanadium.

Dans ce modèle

linéaire, on peut classer les orbi- tales d en trois groupes suivant la direction dans laquelle elles pointent par rapport

à l'axe Oz de la

chaîne considérée. On est ainsi amené à distinguer : une première bande formée d'une orbitale da 2'2-r2 par atome, avec un fort recouvrement ; une deuxième bande formée de deux orbitales par atome, l'une dxz, l'autre avec un recou- vrement plus f aible ; une troisième bande formée de deux orbitalesquotesdbs_dbs42.pdfusesText_42

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