Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide - LPCES

1.5 : Le vanadate NaV2O5

Des études récentes, au Japon, sur le vanadate NaV2O5 ont laissé penser que la transition magnétique observée à 35K dans ce composé constituait un second exemple de transition spin-Peierls dans un composé inorganique. La structure de ce vanadate peut être décrite comme un empilement de feuillets constitués de pyramides à base carrée V2O5 liées par les arêtes et les sommets, entre lesquels sont situés des atomes de sodium.

Les premières études structurales menées sur ce composé suggéraient une structure orthorhombique, de groupe d’espace (P21mn), comportant une alternance, parallèlement à l’axe b, de chaînes antiferromagnétiques d’ions V4+ et de chaînes d’ions V5+, non magnétiques.

Après avoir élaboré des cristaux de ce composé par une méthode de croissance en flux conduite sous vide, nous avons été amenés, à travers des études effectuées en collaboration avec plusieurs laboratoires, à remettre en cause cette interprétation. Ces études ont en effet permis de confirmer une structure cristalline centro-symétrique (Pmmn) dans laquelle tous les ions V sont équivalents, avec une valence moyenne de 4,5. Dans le plan (a,b), les chaînes de Vanadium, groupées deux par deux, forment des échelles dont les barreaux sont orientés le long de l’axe a (Figure 3). Ces études ont également contribué, dans le cadre de théories récentes, à l’interprétation de la transition qui ne serait plus de type spin-Peierls : en dessous de TC, il y aurait apparition simultanée d’un ordre de charges, avec distribution en zig-zag des ions Vanadium le long des montants des échelles et d’une distorsion du réseau. Une étude effectuée avec S. Ravy (LPS Orsay) a permis de suivre les fluctuations prétransitionnelles selon les 3 axes de la structure : celles-ci s’amorcent plusieurs dizaines de degrés au-dessus de la température de transition.



Figure 3 – Les deux structures proposées pour NaV2O5, au-dessus de Tc : celle de droite semble la plus probable.


Nous avons pu d’autre part synthétiser des cristaux de grande taille de ce vanadate de sodium qui ont ouvert la voie à des études neutroniques, au LLB (Saclay) et à l’ILL (Grenoble) avec nos partenaires physiciens. L’existence d’un ordre de charges en dessous de TC a été confirmée.

Nous avons également dopé des monocristaux NaV2O5 par du Titane Ti4+ qui joue le rôle d’impureté non-magnétique sur le site Vanadium. La température de transition diminue à mesure que le taux en Ti croit et la transition disparaît à partir de 4%Ti. Plusieurs collaborations portant sur les modifications des propriétés physiques des cristaux dopés sont en cours, notamment une étude de la réflectivité optique en champ intense avec J. Musfeldt, de l’Université de New-York à Binghamton, avec des mesures jusque 60T, prévues au National High Magnetic Field Laboratory de Talahassee en Floride.