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Quand le désordre créé par irradiation affecte la conductivité électrique des delafossites


​Une collaboration impliquant le Laboratoire des solides irradiés (CEA-Iramis) est parvenue à contrôler le régime de conduction électrique dans la couche métallique de PtCoO2 en créant des défauts cristallins par irradiation aux électrons. Ce résultat prouve que la conductivité exceptionnelle de ce composé est imputable à sa remarquable pureté cristalline.

Publié le 22 mai 2021

Les oxydes PtCoO2, PdCoO2 et PtCrO2 possèdent une structure lamellaire alternant couches métalliques (Pt ou Pd) et couches isolantes (octaèdres CoO2 ou CrO2).

Or ces composés bidimensionnels, qui appartiennent à la famille des « delafossites », présentent une conductivité électrique extrêmement élevée : le libre parcours moyen des porteurs de charges y atteint des dizaines de micromètres à basse température !

Quelle est l'origine de cette remarquable propriété? Les physiciens hésitaient entre deux hypothèses : la perfection cristalline de la couche métallique ou une propriété liée à sa structure de bande électronique particulière.

Pour trancher entre ces deux options, des chercheurs ont introduit de manière contrôlée des défauts dans les couches métalliques de PtCoO2 par irradiation aux électrons de haute énergie et ont mesuré in situ la résistivité du composé à basse température (20 K) dans la couche métallique et perpendiculairement à elle, en présence d'un champ magnétique (magnétorésistance).

Les mesures montrent que l'énergie de formation des défauts est très élevée, ce qui explique le très faible nombre de défauts (1 sur 105 sites) dans les échantillons non irradiés. Lorsque le nombre de défauts induits par irradiation augmente, le libre parcours moyen des électrons dans l'échantillon diminue : le régime « balistique » de la conduction électrique cède alors la place à un régime « diffusif » dans lequel les électrons sont rétrodiffusés par les défauts du cristal.

La transition entre ces deux régimes peut être visualisée simplement grâce aux oscillations de la magnétorésistance en fonction du champ magnétique appliqué : en régime diffusif, ces oscillations disparaissent et elles réapparaissent en régime balistique.


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