J. Phys. France 50, 1649-1671 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:0198900500130164900

Structural determination of the lowest temperature modulated phase of tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane (TTF-TCNQ) : another investigation

Y. Bouveret et S. Megtert

Laboratoire de Physique des Solides, Bât. 510, Centre d'Orsay, 91405 Orsay, France

Abstract
This X-ray structural study deals with an improved structural determination of the lowest temperature 2 kF modulated phase at normal pressure (locking phase) of the quasi-one-dimensional conductor tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane (TTF-TCNQ). The refinement of a semi-rigid molecular displacement model is carried out. Two opposite distortional modes are obtained for the TTF and TCNQ stacks. The TTF molecules do not exhibit any significant intramolecular deformations and slide upon their mean molecular plane, whereas the TCNQ molecules undergo a large out-of-plane intramolecular distortion which involves a substontial displacement of the quinoid ring perpendicularly to the mean molecular plane. Furthermore, an analysis of the symmetry of the translational modes reveals two distinct polarization modes within the TTF sheets parallel to be (b, c) plane, and only one within all the TCNQ sheets. The Charge Density Wave (CDW) ordering in the locking phase is deduced from this structural study and its nucleation just before the first-order locking transition is suggested for the special value qa = 3/10 a* of the transverse component of the modulation wave vector.

Résumé
Cette étude structurale effectuée au moyen de rayons X est consacrée à la détermination approfondie de la structure de la phase modulée basse température (phase d'accrochage) à pression normale du conducteur organique quasi-unidimensionnel tétrathiofulvalene-tétracyanoquinodiméthane (TTF-TCNQ). Nous procédons à l'affinement d'un modèle de déplacements de molécules semi-rigides. Nous obtenons deux modes de distorsion opposés pour les chaînes TTF et TNCQ. Les molécules TTF ne présentent pas de déformations internes appréciables et glissent parallèlement à leur plan moléculaire moyen, alors que les molécules TCNQ subissent une importante distorsion intramoléculaire se traduisant par des déplacements plus importants du cycle quinonique perpendiculairement à leur plan moléculaire. De plus, une analyse de symétrie des modes de translation révèle deux modes de polarisation distincts dans les feuillets parallèles du plan (b, c) regroupant des chaînes TTF, et un unique mode de polarisation dans tous les feuillets TCNQ. Nous déduisons de cette étude structurale le schéma des Ondes de Densité de Charge (OCD) dans la phase d'accrochage ainsi que la nucléation de celle-ci juste avant la transition d'accrochage du premier ordre pour la valeur particulière qa = 3/10 a* de la composante transversale du vecteur d'onde de la modulation.

PACS
6166H - Organic compounds.
6110N - X-ray diffraction.
7145L - Charge-density-wave systems.

Key words
charge density waves -- crystal atomic structure of organic compounds -- metal insulator transition -- one dimensional conductivity -- organic compounds -- X ray diffraction examination of materials