Charge order

We study model systems with various electronic orders to understand the fundamental mechanisms at the origin of their properties as well as to investigate the interplay between the different orders (charge density wave (CDW) or charge order (CO), orbital order (OO) magnetism, and/or superconductivity).



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Figure 1
Resonant X-ray scattering on a CO reflection of magnetite. Continuous lines represent different fits with (red) and without (blue) charge disproportionation.

An example : Fe3O4

Magnetite (Fe3O4) is the archetypical charge ordered system. Besides its well-known ferromagnetic properties that have been used widely in the past centuries it undergoes a metal-to-insulator phase transition at TV = 123 K, the so-called Verwey transition. The precise origin of the Verwey phase transition remains elusive yet. Our work has concentrated in understanding the role of electronic orderings (charge and orbitals) at the phase transition by means of resonant X-ray scattering. One of our major achievements has been to quantify the amount of charge that orders at the Fe-octahedral positions (Figure 1). Another point raised by our studies is the onset of long range charge and orbital correlations at a temperature where a spin-reorientation is observed (TK in Figure 2). Recently we have highlighted the role of surface strains (induced by polishing the surface of the crystal) at the onset of the transition and the occurrence of the Verwey transition through two characteristic length scales (Figure 2).

Future work aims at understanding the electronic phase separation that took place at TV by measuring the extension of the charge and orbital correlations with microfocus X-ray diffraction.



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Figure 2
Temperature dependence of the intensity of the CO peak (0 0 1) showing the effect of unpolished sample, green, and polishing the sample (thus creating strains), blue.

Contributors

Members of the team
E. Lorenzo, P. Monceau, G. Remenyi

Main collaborations

  • Institut Néel : Y. Joly, J.-L. Hodeau, S. Grenier, P. Lejay, D. Mannix
  • Others : C. Marin (CEA Grenoble), A. Cano (ICMCB, Bordeaux), W. Tabis and A. Kozlowski (AGH Krakow, Poland), S. Sahling (Germany), K. Biljaković, and D. Starešinić (Croatia), A.A. Sinchenko (Russia), P.D. Grigoriev (Russia), ...

Corresponding Authors

José-emilio LORENZO-DIAZ



Highlights and Publications

[1] Incommensurate systems as model compounds for disorder revealing low-temperature glasslike behavior, G. Reményi, S. Sahling, K. Biljaković, D. Starešinić, J.-C. Lasjaunias, J.-E. Lorenzo, P. Monceau, A. Cano, Physical Review Letters 114, 195502 (2015) [HAL,PRL]

[2] Spontaneous Breaking of Isotropy Observed in the Electronic Transport of Rare-Earth Tritellurides, A.A. Sinchenko, P.D. Grigoriev, P. Lejay, P. Monceau, Physical Review Letters 112, 036601 (2014) [HAL,PRL]

[3] Sliding charge-density wave in two-dimensional rare-earth tellurides, A.A. Sinchenko, P. Lejay, P. Monceau Physical Review B 85, 241104(R) (2012) [arXiv,PRB]

[4] Dynamical transport properties of NbSe3 with simultaneous sliding of both charge-density waves, A.A. Sinchenko, P. Monceau Physical Review B 87, 045105 (2013) [HAL,PRB]

[5] Electronic Instability in a Zero-Gap Semiconductor : The Charge-DensityWave in (TaSe4)(2)I, C. Tournier-Colletta, L. Moreschini, G. Autes, S. Moser, A. Crepaldi, H. Berger, A.L. Walker, K.S. Kim, A. Bostwick, P. Monceau, E. Rotenberg, O.V. Yazyev, M. Grioni Physical Review Letters 110, 236401 (2013) [arXiv,PRL]

[6] Resonant X-ray diffraction studies on the charge ordering in magnetite, E. Nazarenko, J.E. Lorenzo, Y. Joly, J.L. Hodeau, D. Mannix, and C. Marin, Phys. Rev. Lett. 97, 056403 (2006) [arXiv,PRL]

[7] Charge and orbital correlations at and above the Verwey phase transition in magnetite, J.E. Lorenzo, C. Mazzoli, N. Jaouen, C. Detlefs, D. Mannix, S. Grenier, Y. Joly and C. Marin, Phys. Rev. Lett. 101, 226401 (2008) [HAL,PRL]

[8] Charge order as seen by resonant X-ray scattering, J.E. Lorenzo, Y. Joly, D. Mannix and S. Grenier, Eur. Phys. J. Special Topics 208, 121 (2012) [HAL,EurPhysJSpeTop]

[9] of surface polishing and oxidization induced strain on electronic order at the Verwey transtion in Fe3O4, W. Tabis, J.E Lorenzo, A. Kozlowski, T. Kolodziej, Z. Tarnawski, C. Mazzoli, H. Walker, N. Jaouen, D. Mannix, and C. Marin, J. Phys. : Condens Matter 25, 055603 (2013) [HAL,JPCM]

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