J. Phys. France 47, 839-861 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:01986004705083900

N.M.R. proton lineshape in (TMTSF)2X : incommensurability of nesting vector and order parameter

J.M. Delrieu¹, M. Roger¹, Z. Toffano¹, A. Moradpour² et K. Bechgaard<sup>3

1</sup>  S.P.S.R.M. CEA-CENS, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France
²  Faculté d'Orsay, Bât. 510, 91405 Orsay Cedex, France
³  Department of General and Organic Chemistry, H. C. Oersted Institute, DK 2100 Copenhagen, Denmark

Abstract
For the first time, in the SDW state of the organic conductors (TMTSF) 2PF 6 and (TMTSF)2ClO4, the nesting vector Q is determined from a detailed analysis of the methyl proton N.M.R. lineshape for various magnetic field orientations. The amplitude δ of the order parameter is determined with a precision superior to that of previous works which had obtained no information on the nesting vector and neglected the hyperfine coupling. In the paramagnetic metallic state, the fast rotational tunnelling of the two unequivalent methyl groups splits the line into one central line and two pairs of satellites with shifts depending on field orientation, in good agreement with theory. In the SDW state, the local fields due to the ordered magnetic structure lead to an important broadening of the line. By a careful analysis of the lineshape and its evolution in terms of field orientation, we prove, for both compounds, that the SDW is incommensurate; we are able to determine the local fields at each methyl site and separate the dipolar contribution from the hyperfine contact term; we deduce both the amplitude δ and wave vector Q of the SDW. The amplitude δ = 8.5 % ± 2 % (in unit μB per molecule) for PF6 is much larger than previous estimates from N.M.R. broadening. The b* component of the nesting vector Qb = (0.20 + 0.05) b* (b* reciprocal lattice basis vector) for PF6 is in contradiction with simple theories leading to Qb = 0 or Q b = 0.5 b* but agrees with the best nesting conditions obtained with realistic tight binding band calculations. The Q vector is different in (TMTSF)2ClO4, in agreement with the theoretical prediction that Q depends on the nature of anion and experimental conditions such as pressure.

Résumé
Pour la première fois, dans l'état onde de densité de spin (ODS) des conducteurs organiques (TMTSF)2ClO4 et (TMTSF)2PF 6, le vecteur de nesting Q est déterminé à partir d'une analyse détaillée de la forme de raie R.M.N. des protons des groupes méthyles, pour diverses orientations du champ. L'amplitude δ du paramètre d'ordre est déterminée avec une précision supérieure à celle des travaux précédents qui n'obtenaient aucune information sur le vecteur de nesting et négligeaient le couplage hyperfin. Dans l'état métallique (para-magnétique) la rotation rapide par effet tunnel de deux groupes méthyles inéquivalents donne une raie centrale et deux paires de satellites avec des déplacements variables suivant l'orientation du champ magnétique, en bon accord avec la théorie. Dans l'état onde de densité de spin, les champs locaux dus à la structure magnétique ordonnée entrainent un élargissement important de la raie. Par une étude approfondie de la forme de raie et de son évolution en fonction de l'orientation du champ, nous prouvons que pour ces deux composés, l'ODS est incommensurable; nous déterminons les champs locaux correspondant à chaque groupe méthyle et séparons la contribution dipolaire du terme de contact hyperfin; nous déduisons l'amplitude δ et le vecteur d'onde Q de l'ODS. L'amplitude δ = 8,5 % ± 2 % (en unité μB par molécule) pour PF6 est très supérieure à certaines estimations antérieures. La composante du vecteur de nesting suivant le vecteur de base b* du réseau réciproque Q b = (0,20 ± 0,05) b* pour PF6 est en contradiction avec les modèles théoriques simples conduisant à Qb = 0 ou Qb = 0,5 b*, mais correspond aux meilleures conditions de nesting dans le cadre d'un calcul de bande réaliste, dans l'approximation des liaisons fortes. Le vecteur Q est différent dans (TMTSF) 2ClO4 en accord avec les prédictions théoriques suivant lesquelles Q dépend de la nature de l'anion et des conditions expérimentales (pression).

PACS
6150 - Crystalline state.
7660 - Nuclear magnetic resonance and relaxation.

Key words
molecular reorientation -- NMR line breadth -- one dimensional conductivity -- organic compounds -- organic superconductors -- spin density waves -- tunnelling