J. Phys. France 48, 1035-1040 (1987)
DOI: 10.1051/jphys:019870048060103500

Study of phase stability of β-(BEDT-TTF)2I3 by differential thermal analysis

W. Kang, G. Creuzet, D. Jérome et C. Lenoir

Laboratoire de Physique des Solides (Associé au CNRS), Bâtiment 510, Université de Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
We report a study of the pressure-temperature phase diagram of β-di[bis(ethyleneditio)tetrathiafulvalene] triiodide, β-(BEDT-TTF) 2I3, by a differential thermal analysis technique. We show that the nature of the state of the compound at low temperature depends on how cooling is achieved. A critical point (Pc ~ 345 bar, Tc ~ 150 K) plays a crucial role in this cooling process. The β- H phase displaying superconductivity at 8.1 K at ambient pressure is obtained by a clockwise pressure-temperature cycling around the critical point. We also show that an anticlockwise P - T cycling with P < Pc allows the stabilization of the low T c superconducting phase (β-L) at low temperature, very likely the phase displaying an incommensurate lattice distortion. The limit of stability of both β- Land β-H phases in the P - T diagram has been determined. The properties of metastability of the various phases of β-(BEDT-TTF)2I3 can be understood in terms of a Landau expansion of the free-energy with the appropriate pressure and temperature dependence of the second and fourth order terms of the expansion.

Résumé
Nous présentons une étude en pression et température du diagramme de phases du composé β-di[bis(éthylènedithio)tétrathiafulvalène ] triiodine, β-(BEDT-TTF)2I3, effectuée par une méthode d'analyse thermique différentielle. Nous montrons que la nature de la phase de ce matériau qui est stabilisée à basse température dépend du processus de refroidissement. Un point critique (Pc ~ 345 bar, Tc ~ 150 K) joue un rôle déterminant dans ce processus. On peut obtenir la phase β-H supraconductrice à 8,1 K sous pression atmosphérique en contoumant le point critique dans le sens des aiguilles d'une montre. C'est la phase β-L supraconductrice à plus basse température (probablement la phase présentant une distorsion de réseau incommensurable) qui est stabilisée par un cyclage P - T effectué dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Nous avons pu déterminer les limites de stabilité des phases β-L et β-H. Un modèle de Landau utilisant des variations appropriées en pression et température des termes du second et quatrième ordre permet de rendre compte de β-(BEDT-TTF)2I3.

PACS
6250 - High-pressure and shock wave effects in solids and liquids.
6470 - Specific phase transitions.
7410 - Occurrence, potential candidates.

Key words
critical phenomena -- free energy -- high pressure effects in solids -- organic compounds -- organic superconductors -- phase diagrams -- superconducting transition temperature -- thermal analysis -- type II superconductors