Mise en évidence d’une transition de surface dans le composé NbSe₃.

L’étude expérimentale des systèmes à deux dimensions est toujours délicate lorsqu’elle est menée en surface, car il est souvent difficile de préparer un système suffisamment pur et de le maintenir isolé de perturbations extérieures. Un mécanisme physique, la transition de surface, produit de tels systèmes de manière meilleure que les méthodes habituelles de dépôt de couches minces sur des substrats. Ce phénomène, qui correspond à une situation pour laquelle une phase ordonnée persiste en surface d’un échantillon à une température plus élevée que dans le volume, est extrêmement rare. Des physiciens du Laboratoire de Photonique et Nanostructures (LPN - CNRS), de l’Institut Néel (CNRS) et du Laboratoire de Physique Théorique et des Modèles Statistiques (LPTMS - CNRS / Univ. Paris-Sud 11), viennent de montrer que la monocouche de surface du composé NbSe₃ présente de telles propriétés. Ce travail ouvre la possibilité d’étudier expérimentalement dans l’espace réel les caractéristiques de la transition bidimensionnelle dite de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Le composé NbSe₃ est un matériau de synthèse formé de chaînes linéaires métalliques présentant une forte anisotropie de la conductivité électrique inter-chaînes par rapport à la conductivité le long des chaînes. Alors qu’à haute température, ce composé est métallique, en dessous de 59 K une transition de phase électronique et structurale le fait passer vers un état moins conducteur dans lequel la charge électronique et le réseau cristallin sont modulés périodiquement. Pour ce travail, les physiciens ont tout d’abord préparé la surface étudiée en clivant le composé lamellaire NbSe₃ sous ultra vide. Ceci permet d’éviter la contamination par des atomes ou molécules adsorbées qui viendrait modifier les propriétés intrinsèques de la surface. Ils ont ensuite mesuré la densité électronique de surface à l’aide d’un microscope à effet tunnel pour diverses températures : la modulation de la densité de charge persiste en surface 10 à 15 K au-dessus de la température de transition de phase de volume. En outre, l’analyse des images produites par le microscope à effet tunnel a permis de montrer qu’un régime bidimensionnel est présent en-dessous de 90 K, ce qui confirme la possibilité de décrire l’onde de densité de charge par un paramètre d’ordre complexe à deux dimensions et ouvre la possibilité d’étudier la transition de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless dans l’espace réel. La suite de ce travail consistera pour ces chercheurs à analyser la formation de défauts (dislocations de l’onde) ou de paire de défauts caractéristiques de cette transition de phase.