Instabilité électronique et changement de phase cristalline des composés du type V3Si à basse température

2014 In V3Si the vanadium atoms form an array of dense linear chains ; a tight binding 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 transition 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 température Tam généralement supérieure à la température Te d’apparition de la supraconductivité (1). Nous nous proposons de montrer ici que ce changement de structure peut s’expliquer par une instabilité électronique de la phase cubique. De plus nous montrons dans quelles conditions une telle instabilité favorise, pour les composés envisagés, le changement 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 antiferromagnétiques 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 quantitative de la stabilité des modes de distorsion uniformes et périodiques. Mais les conclusions essentielles 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 à température 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 température ordinaire, la structure cristalline des composés 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 à l’hystérésis de la transition martensitique. Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01966002703-4015300