J. Phys. France 46, 1731-1742 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460100173100

Structural study of the charge-density-wave phase transition of the blue bronze : K0.3MoO3

J.P. Pouget, C. Noguera, A.H. Moudden et R. Moret

Laboratoire de Physique des Solides , Bât. 510, Université Paris-Sud, Centre d'Orsay, 91405 Orsay, France

Abstract
We present an X-ray study of the Peierls transition of the blue bronze K0.3MoO3, including the temperature dependence of the intensity of the first order and second order satellite reflections below Tc, a complete characterization of the structural fluctuations above Tc (both their temperature dependence and their anisotropy) and an accurate determination of the wave vector of the charge density wave above and below Tc. An analysis of the phase transition within a mean field theory is justified and yields reasonable values of the electron phonon coupling and of the Coulomb interaction between charge density waves. The value of the modulation wave vector is explained as resulting from the presence of two conducting quasi one dimensional bands crossing the Fermi level E F and of a third one located about 650 K above E F. The opening of an absolute gap at the Fermi level occurs at the Peierls transition due to the folding of one conduction band on the other, and leads to a semiconducting state below Tc. Finally our measurements do not reveal any clear commensurate-incommensurate phase transition in temperature.

Résumé
Nous présentons une étude par diffusion des rayons X de la transition de Peierls du bronze bleu K0,3MoO3 incluant la variation thermique de l'intensité des réflexions satellites du 1er et 2 e ordre en dessous de Tc, une complète caractérisation des fluctuations structurales (dépendance en température et anisotropie) au-dessus de Tc et une mesure précise du vecteur d'onde des ondes de densité de charge au-dessus et en-dessous de Tc. L'analyse de la transition de phase dans le cadre d'une théorie de champ moyen est justifiée. Elle conduit à des valeurs raisonnables du couplage électron-phonon et de l'interaction de Coulomb entre ondes de densité de charge. La valeur du vecteur d'onde de la distorsion résulte de la présence de 2 bandes de conduction quasi unidimensionnelles coupant le niveau de Fermi EF, et d'une 3e bande située vers 650 K au-dessus de EF. L'ouverture d'une bande d'énergie interdite au niveau de Fermi se produit à la transition de Peierls par recouvrement d'une bande de conduction sur l'autre. Il en résulte un état semiconducteur au-dessous de Tc. Finalement, nos mesures ne montrent pas clairement l'existence d'une transition de phase, commensurable-incommensurable en fonction de la température.

PACS
7145L - Charge-density-wave systems.

Key words
charge density waves -- commensurate incommensurate transformations -- electron phonon interactions -- one dimensional conductivity -- Peierls instability -- potassium compounds -- solid state phase transformations -- X ray diffraction examination of materials