Numéro
J. Phys. I France
Volume 3, Numéro 3, March 1993
Page(s) 871 - 885
DOI https://doi.org/10.1051/jp1:1993169
DOI: 10.1051/jp1:1993169
J. Phys. I France 3 (1993) 871-885

Isotope effect in the organic superconductor $\beta_H$-(BEDT-TTF) 2I 3 where BEDT-TTF is bis (ethylenedithiotetrathiafulvalene)

P. Auban-Senzier1, C. Bourbonnais1, D. Jérome1, C. Lenoir1, P. Batail1, E. Canadell2, J. P. Buisson3 and S. Lefrant3

1  Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex, France
2  Laboratoire de Chimie Théorique, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France
3  Laboratoire de Physique Cristalline, IMN, Université de Nantes, 44072 Nantes, France


(Received 3 August 1992, accepted in final form 14 October 1992)

Abstract
We have performed the simultaneous investigation of the isotope effect on the superconducting transition and on the Raman spectra in the organic superconductor $\beta_H$-(BEDT-TTF) 2I 3 ( Tc = 8 K). For this purpose, we substitute 13C for 12C on the carbon sites of the central double bond of BEDT-TTF molecule. The isotope shifts measured by Raman experiments can be fairly well explained by standard molecular dynamics. However, the critical temperature is lowered by 0.2 K in the 13C enriched material. We analyse the possible sources of this remarkable downward shift which leads to an isotope coefficient higher than the BCS value. The extended-Hückel calculations of the density of states for the two HOMO bands of $\beta_H$-(BEDT-TTF) 2I 3 do show that, within the framework of a weak coupling theory, its sizeable variation on the scale of $\omega_{\rm D}$ cannot account for the observed isotope effect. On the other hand, we discuss how inelastic electronic scattering observed in resistivity measurements just above Tc can lead through a pair breaking mechanism to a sizeable increase of the isotope coefficient.

Résumé
Nous présentons une étude simultanée d'effet isotopique sur la transition supraconductrice et les spectres Raman dans le supraconducteur organique $\beta_H$-(BEDT-TTF) 2I 3 ( Tc = 8 K). Pour cela, nous avons synthétisé le composé dans lequel les atomes de carbone de la double liaison centrale de la molécule BEDT-TTF sont substitués par l'isotope 13C. Les déplacements isotopiques mesurés par spectroscopie Raman sont bien expliqués par la dynamique moléculaire standard. Cependant, la température critique est abaissée de 0.2 K dans le matériau enrichi en 13C. Nous étudions les origines possibles de cet effet qui permet d'obtenir un coefficient isotopique supérieur à la valeur BCS. Des calculs de la densité d'états effectués par la méthode de Hückel étendue pour les deux bandes HOMO du composé montrent que, dans le cadre d'une théorie de couplage faible, son importante variation à l'échelle de $\omega_{\rm D}$ ne peut expliquer l'effet observé. D'autre part, nous expliquons comment la diffusion électronique inélastique observée en résistivité juste au-dessus de Tc peut conduire via un mécanisme de brisure de paires, à une augmentation significative du coefficient isotopique.

PACS
71.20 - 74.20 - 74.70k - 78.30J

© Les Editions de Physique 1993

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