METAL-INSULATOR TRANSITION IN (Ti_1-xV_x)₂O₃ : IMPURITY BAND CONDUCTION AND SPIN GLASS PROPERTIES

Résumé
Des travaux antérieurs ont montré que l'incorporation de vanadium dans Ti₂O₃ induit la phase métallique pour des concentrations en V supérieures à quelques % at. Nous présentons des mesures de résistivité électrique entre 4,2 K et 300 K pour 0 < x < 7,5 % et montrons qu'il y a à 4,2 K une transition à un état quasi métallique pour x ~ 1 %. Pour x < 1 %, les propriétés de transport à basse température peuvent être décrites par des lois en T^-¼ correspondant à des sauts des électrons à distance variable sur des niveaux Ti⁴⁺. On montre que la conductivité métallique pour x ~ 1 % est due à une bande d'impuretés construite sur ces niveaux Ti⁴⁺. La susceptibilité magnétique est paramagnétique dans la gamme de concentrations explorée avec un comportement de Curie-Weiss et un moment magnétique effectif allant de 3,8 µ_B à 1,8 µ_B lorsque x augmente de 0,1 % à 7,5 %. Une étude magnétique à basse température établit que (Ti_1-xV_x)₂O₃ est un verre de spin avec des températures de blocage atteignant 2,8 K pour x = 7,5 %. Nous démontrons que la contribution à la chaleur spécifique basse température ƊC_p = aT, obtenue dans une étude antérieure, doit être attribuée aux propriétés de verre de spin. Nous proposons aussi des schémas de bandes d'énergie qui sont en accord avec les propriétés électriques et magnétiques.

Abstract
Vanadium in Ti₂O₃ has been shown previously to induce the metallic phase for V concentrations larger than a few at %. We report electrical resistivity data obtained between 4.2 K and 300 K for 0 < x < 7.5 % and show that at 4.2 K there is a transition to a quasi-metallic state for x ~ 1 %. For x < 1 %, the transport properties at low temperatures can be described by a T^-¼ law related to avariable range hopping of the electrons on Ti⁴⁺ levels. The metallic conductivity for x ~ 1 % is shown to take place in the impurity band built on these Ti⁴⁺ levels. The magnetic susceptibility is found to be paramagnetic in al1 the explored concentration range with a Curie-Weiss behaviour and effective magnetic moments per V ion decreasing from 3.8 µ_B to 1.8 µ_B when x is increased. Magnetic measurements at low temperatures show a spin glass behaviour with freezing temperatures ranging from 0.3 K to 2.8 K depending on x. We establish that the contribution linear in temperature previously reported for the low temperature specific heat has to be attributed to the spin glass properties. We also propose energy band schemes which account for both the electrical and magnetic data