J. Phys. France 44, 1157-1166 (1983)
DOI: 10.1051/jphys:0198300440100115700

Positron annihilation as a probe of electronic density in the two-dimensional conductor 1T-TAS2

F. Boileau¹, B. Geffroy¹, R. Paulin¹, P. Molinie² et L. Zuppiroli<sup>3

1</sup>  Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires, Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France
²  Laboratoire de Chimie des Solides, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Nantes, 2, rue de la Houssinière, 44702 Nantes, France
³  4Section d'Etude des Solides Irradiés, Centre d'Etudes Nucléaires, BP 6, 92260 Fontenay aux Roses, France

Abstract
Tantalum disulfide is a layered compound with quasi-two-dimensional electronic conduction. The particular topology of the 2D-Fermi surface causes the onset of charge density waves which drive a metal-to-insulator phase transition in two steps. Three standard positron annihilation techniques have been used to sample the electronic density and momentum distributions in this compound as a function of temperature from 4 K to 400 K. The positron lifetime is 261(2)ps at 300 K (single component) and does not change very much with temperature. It increases to 293(2)ps in a sample containing 1 % of irradiation induced defects. The anisotropy of the momentum distribution is clearly visible both in angular correlation and Doppler broadening experiments. This anisotropy is reduced but remains when positrons are trapped by irradiation defects. The momentum distributions change significantly with temperature, especially when the charge density wave phase transitions are crossed. An interpretation taking into account the possible trapping of positrons by charge density waves is proposed. The remarkable opposite temperature dependences of the positron data obtained in the in-layer and transverse directions are attributed to electron localization in a preferential orientation. Finally, an attempt is made to have access to the topology of the Fermi surface of this material by mean of the projected density of states along different axes. This procedure demonstrates that even with standard positron techniques, insight on an unusual Fermi surface can be obtained.

Résumé
Le bisulfure de tantale est un composé lamellaire qui présente une conductibilité électronique quasi bidimensionnelle. La topologie particulière de sa surface de Fermi provoque l'apparition d'ondes de densité de charges qui pilotent une transition de phase métal-isolant en deux étapes. Trois techniques classiques d'annihilation de positons sont utilisées pour sonder la densité électronique et les distributions de quantité de mouvement de ce composé en fonction de la température de 4 K à 400 K. Le temps de vie du positon vaut 261(2) ps à 300 K (composante unique) et change peu avec la température. Il passe à 293(2)ps dans un échantillon contenant 1 % de défauts d'irradiation. L'anisotropie de la distribution de quantité de mouvement est évidente tant dans les expériences de corrélation angulaire que dans celles d'élargissement Doppler. Cette anisotropie diminue mais subsiste quand les positons sont piégés dans des défauts d'irradiation. Les distributions de quantité de mouvement varient de façon significative avec la température, particulièrement au passage des transitions de phase liées aux ondes de densité de charge. Nous proposons une interprétation qui prend en compte la possibilité du piégeage des positons dans les ondes de densité de charge. Les résultats obtenus dans la direction des feuillets et la direction transverse présentent des variations avec la température remarquables et opposées, qui sont attribuées à la localisation des électrons dans une orientation préférentielle. Enfin un essai est tenté pour accéder à la forme particulière de la surface de Fermi de ce matériau, au moyen de la densité d'états projetée sur différents axes; cette procédure montre que même au moyen des techniques positon classiques on peut obtenir des indications sur une surface de Fermi originale.

PACS
7130 - Metal-insulator transitions and other electronic transitions.
7145 - Collective effects.
7870B - Positron annihilation.

Key words
charge density waves -- metal insulator transition -- positron annihilation in liquids and solids -- tantalum compounds