J. Phys. France 38, 241-258 (1977)
DOI: 10.1051/jphys:01977003802024100

A landau theory for the displacive phase transitions in TTF-TCNQ

M. Weger et J. Friedel

Laboratoire de Physique des Solides , Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
Translational and librational modes of TTF and TCNQ molecules are treated within the framework of classical Landau theory. The various parameters are estimated from the crystalline structure. The Coulomb forces between TTF sulphurs and TCNQ nitrogens are assumed to be dominant, and this approximation establishes a hierarchy of interactions, which in turn gives rise to a cascade of displacive transitions, in excellent agreement with experiment. The change in transverse period of the periodic lattice distortion from 2 α to 4 a between 48 K and 38 K is accounted for, and found to be due to the staggered placement of the nitrogens with respect to the sulphurs. The X-ray reflections with wavevector 4 kF are attributed to librations possessing a glide-plane symmetry element, which suppresses the 2 k F reflections. Symmetry prohibits these reflections from being coupled (in first order) to the Peierls transition on the same chain, however they couple strongly to the Peierls distortion on the neighbouring chains.

Résumé
Les modes de translation et de libration des molécules de TTF et de TCNQ ont été examinés dans le cadre de la théorie de Landau classique. Les divers paramètres sont estimés à partir de la structure cristallographique. Dans l'hypothèse de forces coulombiennes entre atomes de soufre du TTF et atomes d'azote du TCNQ, on établit une suite d'interactions qui sont à l'origine d'une suite de transitions displacives en excellent accord avec les résultats expérimentaux. On attribue le changement de la période de la distorsion périodique transverse de 2 a à 4 a entre 48 K et 38 K au positionnement incliné des molécules de TCNQ et de TTF. Les réflexions des rayons X de vecteur d'onde 4 kF sont attribuées à des librations possédant un plan de glissement comme élément de symétrie, supprimant ainsi les réflexions au vecteur d'onde 2 kF. La symétrie empêche ces librations d'être couplées (au premier ordre) à la distorsion de Peierls sur la même chaîne, mais elles se couplent fortement à la distorsion de Peierls sur les chaînes voisines.

PACS
6370 - Statistical mechanics of lattice vibrations and displacive phase transitions.

Key words
displacive transformations -- distortive transformations -- molecular libration -- one dimensional conductivity -- organic compounds -- Peierls instability