Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Elektronenenergieverlustspektroskopie an unterdotierten Kupratsupraleitern und Übergangsmetalldichalcogeniden. Nach einem kurzen Abriss über die der experimentellen Methode zugrundeliegenden theoretischen Tatsachen folgen zwei experimentelle Kapitel. Für das prototypische Kupratsystem Ca2-xNaxCuO2Cl2 wird für verschiedene Dotierungskonzentrationen zunächst die Entwicklung der Ladungstransferanregungen untersucht. Man findet eine substanzielle Umverteilung des spektralen Gewichtes, verbunden mit einem starken Einbruch der Dispersion dieser Anregungen. Beides wird im Rahmen der Wechselwirkung mit Spinfreiheitsgraden innerhalb der Kupfer-Sauerstoff-Ebene diskutiert. Anschliessend erfolgt die Diskussion einer ausschließlich für zehnprozentige Dotierung auftretenden Symmetriebrechung der optischen Antwortfunktion, für die verschiedene mögliche Szenarien vorgeschlagen werden. Im Kapitel über die Dichalcogenide liegt der Fokus auf dem Verhalten des Ladungsträgerplasmons, das für alle Substanzen dieser Gruppe mit Ladungsordnung eine negative Dispersion aufweist. Dieses Verhalten läßt sich durch in-situ Interkalation zusätzlicher Ladungstraeger umkehren, so dass man eine dotierungsabhängige Plasmonendispersion erhält. Es werden verschiedene Szenarien für dieses Verhalten diskutiert. / The present thesis describes electron energy-loss spectroscopy on underdoped cuprate superconductors and transition-metal dichalcogenides. After a brief introduction into the experimental method there are two experimental chapters. For the prototype cuprate system Ca2-xNaxCuO2Cl2 the behavior of the charge-transfer excitations is investigated as a function of doping. The observed substantial redistribution of spectral weight and the accompanying breakdown of their dispersion is discussed in terms of a coupling to the spin degrees of freedom within the copper-oxygen plane. For x=0.1 there is a pronounced symmetry breaking in the optical response function which is discussed in terms of different possible scenarios. The chapter on the dichalcogenides focuses on the properties of the charge-carrier plasmon which shows a negative dispersion for all representatives of this family exhibiting a charge-density wave instability. This behavior can be influenced by in-situ intercalation of additional charges, the result being a doping dependent plasmon dispersion. Several approaches to reconcile these findings are considered.

In this thesis, we present a detailed investigation of the electronic properties of particular transition-metal dichalcogenides. Applying electron-energy loss spectroscopy, the connection between the negative plasmon dispersion of tantalum diselenide and the occurrence of a charge-density wave state (CDW) in this compound as well as related materials is observed. Our studies include doping experiments with alkali metal addition altering the charge density of the compounds. This is known to suppress the CDW. We show that it further changes the plasmon dispersion from negative to positive slope. To estimate the doping rate of the investigated tantalum diselenide samples, a density functional theory approach is introduced, giving reliable results for a quantitative analysis of our findings. We refer to a theoretical model to describe the connection of the charge ordering and the plasmon dynamics. Investigations of the non-CDW compound niobium disulfide give further insights into the proposed interaction. Experimental results are further evaluated by a Kramers-Kronig-analysis. A structural analysis, by means of elastic electron scattering, shows the CDW to be suppressed upon doping, giving space for an emerging superstructure related to the introduced K atoms. / In der vorliegenden Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von ausgewählten Übergangsmetall-Dichalcogeniden präsentiert. Unter Anwendung von Elektronenenergieverlust-Spektroskopie wird die Verbindung der negativen Plasmomendispersion in Tantaldiselenid zum Auftreten eines Ladungsdichtewelle-Zustands (CDW) in diesem und in verwandten Materialien untersucht. Die Untersuchungen schließen Dotierungsexperimente mit dem Zusatz von Alkalimetallen ein, die die Ladungsdichte der Proben beeinflussen. Einerseits unterdrückt dies die CDW. Es wird außerdem gezeigt, dass sich der Anstieg der Plasmonendispersion von negativ zu positiv ändert. Ein Dichtefunktional-Theorie-Zugang zur Abschätzung der Dotierungsraten der untersuchten Tantaldiselenid-Proben wird genutzt, um verlässliche Ergebnisse für die quantitative Analyse unserer Messungen zu erhalten. Ein theoretisches Modell wird einbezogen, welches die Verbindung der Ladungsordung zur kollektiven Anregung der Ladungsdichte beschreibt, Untersuchungen der nicht-CDW Substanz Niobdisulfid geben weitere Einblicke in die Verbindung der beiden Phänomene. Die experimentellen Resultate werden weiterhin mit einer Kramers-Kronig-Analyse ausgewertet. Strukturelle Untersuchungen mit elastischer Elektronenstreuung zeigen, wie die CDW unterdrückt wird und einer auftauchenden Überstruktur, verursacht von den interkalierten K-Atomen, Raum gibt.

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Les matériaux à Onde de Densité de Charge (ODC) ont été très étudiés durant les années 80 pour leurs propriétés de transport remarquables. Pourtant il reste plusieurs questions sans réponse. L’utilisation de nouvelles techniques expérimentales permet de répondre à certaines de ces questions. Après avoir présenté les principes de base de la Diffraction Cohérente des Rayons X (DCRX), nous montrons, en prenant comme exemple l’étude des boucles de dislocation dans le silicium, comment cette technique expérimentale permet de sonder les défauts de phase présents dans les cristaux.Nous poursuivons par des expériences sur les composés NbSe3 et K0.3MoO3 qui se trouvent être des systèmes canoniques pour l’étude des ODC. Nous montrons notamment grâce à la DCRX l’influence des défauts dans le glissement d’une ODC dans le composé NbSe3.Pour finir nous présentons des expériences sur la coexistence entre les ODC et onde de densité de spin dans le Chrome ainsi que la coexistence des ODC et de la supraconductivité dans le composé NbSe2. Ces expériences préliminaires laissent à penser que la supraconductivité augmente la cohérence de l’ODC et que la transition de spin flip, présente dans le Chrome, a des effets sur l’ODC. / Charge Density Wave (CDW) compounds have been extensively studied during the 80s for their remarkable transport properties. Yet, there are still many unanswered questions. The use of new experimental techniques can address some of these issues.After presenting the basic principles of Coherent X-ray diffraction (CXRD), we show, using as an example the study of dislocation loops in silicon, how this experimental technique allows probing phase faults present in crystals.We continue with studies on CDW in the canonical compounds NbSe3 and K0.3MoO3. We study with DCRX the influence of defects in the sliding of a CDW in the compound NbSe3.Finally we present experiments on coexistence between CDW and spin density wave in Chromium and the coexistence of CDW and superconductivity in the compound NbSe2. These preliminary experiments suggest that superconductivity increases the coherence of CDW and that the spin-flip transition, present in Chromium, has effects on CDW.

In this thesis, we present a detailed investigation of the electronic properties of particular transition-metal dichalcogenides. Applying electron-energy loss spectroscopy, the connection between the negative plasmon dispersion of tantalum diselenide and the occurrence of a charge-density wave state (CDW) in this compound as well as related materials is observed. Our studies include doping experiments with alkali metal addition altering the charge density of the compounds. This is known to suppress the CDW. We show that it further changes the plasmon dispersion from negative to positive slope. To estimate the doping rate of the investigated tantalum diselenide samples, a density functional theory approach is introduced, giving reliable results for a quantitative analysis of our findings. We refer to a theoretical model to describe the connection of the charge ordering and the plasmon dynamics. Investigations of the non-CDW compound niobium disulfide give further insights into the proposed interaction. Experimental results are further evaluated by a Kramers-Kronig-analysis. A structural analysis, by means of elastic electron scattering, shows the CDW to be suppressed upon doping, giving space for an emerging superstructure related to the introduced K atoms. / In der vorliegenden Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von ausgewählten Übergangsmetall-Dichalcogeniden präsentiert. Unter Anwendung von Elektronenenergieverlust-Spektroskopie wird die Verbindung der negativen Plasmomendispersion in Tantaldiselenid zum Auftreten eines Ladungsdichtewelle-Zustands (CDW) in diesem und in verwandten Materialien untersucht. Die Untersuchungen schließen Dotierungsexperimente mit dem Zusatz von Alkalimetallen ein, die die Ladungsdichte der Proben beeinflussen. Einerseits unterdrückt dies die CDW. Es wird außerdem gezeigt, dass sich der Anstieg der Plasmonendispersion von negativ zu positiv ändert. Ein Dichtefunktional-Theorie-Zugang zur Abschätzung der Dotierungsraten der untersuchten Tantaldiselenid-Proben wird genutzt, um verlässliche Ergebnisse für die quantitative Analyse unserer Messungen zu erhalten. Ein theoretisches Modell wird einbezogen, welches die Verbindung der Ladungsordung zur kollektiven Anregung der Ladungsdichte beschreibt, Untersuchungen der nicht-CDW Substanz Niobdisulfid geben weitere Einblicke in die Verbindung der beiden Phänomene. Die experimentellen Resultate werden weiterhin mit einer Kramers-Kronig-Analyse ausgewertet. Strukturelle Untersuchungen mit elastischer Elektronenstreuung zeigen, wie die CDW unterdrückt wird und einer auftauchenden Überstruktur, verursacht von den interkalierten K-Atomen, Raum gibt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Elektronenenergieverlustspektroskopie an unterdotierten Kupratsupraleitern und Übergangsmetalldichalcogeniden. Nach einem kurzen Abriss über die der experimentellen Methode zugrundeliegenden theoretischen Tatsachen folgen zwei experimentelle Kapitel. Für das prototypische Kupratsystem Ca2-xNaxCuO2Cl2 wird für verschiedene Dotierungskonzentrationen zunächst die Entwicklung der Ladungstransferanregungen untersucht. Man findet eine substanzielle Umverteilung des spektralen Gewichtes, verbunden mit einem starken Einbruch der Dispersion dieser Anregungen. Beides wird im Rahmen der Wechselwirkung mit Spinfreiheitsgraden innerhalb der Kupfer-Sauerstoff-Ebene diskutiert. Anschliessend erfolgt die Diskussion einer ausschließlich für zehnprozentige Dotierung auftretenden Symmetriebrechung der optischen Antwortfunktion, für die verschiedene mögliche Szenarien vorgeschlagen werden. Im Kapitel über die Dichalcogenide liegt der Fokus auf dem Verhalten des Ladungsträgerplasmons, das für alle Substanzen dieser Gruppe mit Ladungsordnung eine negative Dispersion aufweist. Dieses Verhalten läßt sich durch in-situ Interkalation zusätzlicher Ladungstraeger umkehren, so dass man eine dotierungsabhängige Plasmonendispersion erhält. Es werden verschiedene Szenarien für dieses Verhalten diskutiert. / The present thesis describes electron energy-loss spectroscopy on underdoped cuprate superconductors and transition-metal dichalcogenides. After a brief introduction into the experimental method there are two experimental chapters. For the prototype cuprate system Ca2-xNaxCuO2Cl2 the behavior of the charge-transfer excitations is investigated as a function of doping. The observed substantial redistribution of spectral weight and the accompanying breakdown of their dispersion is discussed in terms of a coupling to the spin degrees of freedom within the copper-oxygen plane. For x=0.1 there is a pronounced symmetry breaking in the optical response function which is discussed in terms of different possible scenarios. The chapter on the dichalcogenides focuses on the properties of the charge-carrier plasmon which shows a negative dispersion for all representatives of this family exhibiting a charge-density wave instability. This behavior can be influenced by in-situ intercalation of additional charges, the result being a doping dependent plasmon dispersion. Several approaches to reconcile these findings are considered.

BaVS3 est un système quasi-unidimensionnel constitué de chaînes de vanadium. C'est aussi un système multi-bandes dans lequel plusieurs types d'électrons coexistent au voisinage du niveau de Fermi (les bandes dz2 et e(t2g)), qui sont fortement corrélés. Ce système s'appuie donc à la fois sur la physiques des systèmes unidimensionnels et sur celle des systèmes à électrons fortement corrélés. La transition métal-isolant de BaVS3, qui fut l'objet de nombreuses études, a récemment été interprété comme s'apparentant à une onde de densité de charge des électrons dz2 : celle-ci s'accompagne d'une quadrimérisation de la chaîne de vanadium et de l'apparition d'une sur-structure indexée (1,0,1/2)O dans le réseau réciproque. La composante commensurable de la sur-structure selon l'axe des chaînes ne peut s'expliquer qu'en considérant une redistribution des électrons entre les différentes bandes au voisinage du niveau de Fermi sous l'effet des corrélations électroniques. La transition métal-isolant disparaît en un point critique quantique sous pression à 2 GPa. D'un autre point de vu, une autre instabilité isolante d'un autre type, indexée (1/3,1/3,0.8)H avait été observée dans des échantillons substitués chimiquement. Cette thèse en deux temps s'est d'abord intéressée à la compétition entre les deux phases (1,0,1/2)O et (1/3,1/3,0.8)H dans deux séries d'échantillons chimiquement modifié BaVS3-δ et Ba1-xSrxVS3. Cette étude permet de montrer que la phase (1/3,1/3,0.8)H est associée à un ordre de charge des électrons e(t2g) et de conclure sur le rôle des modifications chimiques en temps qu'impuretés quand au mécanisme d'apparition de la seconde phase, par opposition à une théorie de "pression chimique". Le deuxième temps de cette thèse présente l'étude structurale de la transition métal-isolant sous pression. Cette étude à nécessité la mise en place d'un dispositif de diffraction sous pression à basse température avec mesure in-situ de la pression. Cette étude a montrée que la modulation structurale reste commensurable sur les 3/4 du diagramme de phase puis devient incommensurable lorsque l'on s'approche du point critique quantique. Ceci permet d'interpréter l'évolution de la transition métal-isolant sous pression en terme de locking à la commensurabilité, et donne une information sur la physique du composé au voisinage du point critique quantique. / BaVS3 is a quasi one dimensional system made of vanadium chains. It is also a multi-band system in which different kinds of electrons coexist near the Fermi level (the dz2 and e(t2g) bands), which are strongly correlated. This system belongs thus either to the one dimensional physics and to the strongly correlated electron physics. The metal - insulator transition in BaVS3, which has been extensively studied, was recently interpreted relying on a Peierls-like theory for the dz2 band : the transition involves a quadrimerisation of the vanadium chain, which corresponds to a super-structure indexed (1,0,1/2)O in the reciprocal lattice. This commensurate indexation can only be explained by a redistribution of electrons between the different bands near the Fermi level, because of electronic correlations. The metal - insulator transition disappears in a quantum critical point at 2 GPa. On another point of view, another insulating instability of another type, indexed (1/3,1/3,0.8)H, was seen in chemically substituted compounds. This Ph. D. Thesis articulates in two times. The first point deals with chemically substituted samples series BaVS3-δ and Ba1-xSrxVS3. This study shows that the (1/3,1/3,0.8)H phase is associated to a charge ordering of the e(t2g) electrons and permit to conclude on the role of chemical modification as impurities, concerning the apparition mechanism of this other insulating phase, contrary to a "chemical pressure" theory. The second point presents the structural study under pressure of the metal - insulator transition. To conduct this study, a low temperature X-ray diffraction under pressure experiment , including in-situ pressure measurements, was set up. This study showed that the structural modulation remains commensurate on the 3/4th of the phase diagram and then becomes incommensurate on approaching the quantum critical point. This allows an interpretation of evolution of the metal - insulator transition under pressure in terms of commensurate locking, and gives a clue concerning the physics near the quantum critical point.

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung ausgewählter niederdimensionaler Schichtgittersysteme, wobei das Hauptinteresse in der Erforschung der elektronischen Struktur im Zusammenhang mit Interkalationsexperimenten liegt. Einkristalline Graphit-, TiSe2- und TaSe2-Proben wurden vor und nach der Interkalation mit winkelaufgelöster Photoemission, Fermi- und Isoenergieflächenmessungen und Elektronenbeugung (LEED) analysiert. Als Interkalationsmaterialien wurden U, Eu, Gd und Cs verwendet. Die experimentellen Daten wurden mit Ergebnissen von LDA-LCAO-Bandstrukturrechnungen und Simulationen im Rahmen eines Single-Impurity-Anderson-Modells verglichen. Neben dem Einfluß unterschiedlicher Valenzelektronen der interkalierten Atome auf den Einlagerungsprozeß werden Fragen zum Lokalisierungsverhalten von 4f- und 5f-Zuständen und zu den Veränderungen in der Dimensionalität der Verbindungen durch die Einlagerung diskutiert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen zur temperaturabhängigen Ausbildung von Ladungsdichtewellen in 1T-TaSe2. / Subject of the present thesis are investigations of selected low-dimensional layered lattice systems, with the principal goal to study the electronic structure in relation to intercalation experiments. Single-crystalline graphite-, TiSe2 - and TaSe2- samples were analyzed by angle-resolved photoemission, Fermi- and isoenergy-surface measurements, and low energy electron diffraction experiments before and after intercalation. U, Eu, Gd, and Cs were used as materials for the intercalation process. The experimental results were compared with theoretical LDA-LCAO band-structure calculations and with simulations in the framework of a single-impurity Anderson model. In addition to the influence of different numbers of valence electrons from intercalated atoms, questions concerning the localization of 4f and 5f states and changes in the dimensionality of the compounds due to the intercalation process are discussed. Investigations of the temperature dependent formation of charge density waves in 1T-TaSe2 complete this work.

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung ausgewählter niederdimensionaler Schichtgittersysteme, wobei das Hauptinteresse in der Erforschung der elektronischen Struktur im Zusammenhang mit Interkalationsexperimenten liegt. Einkristalline Graphit-, TiSe2- und TaSe2-Proben wurden vor und nach der Interkalation mit winkelaufgelöster Photoemission, Fermi- und Isoenergieflächenmessungen und Elektronenbeugung (LEED) analysiert. Als Interkalationsmaterialien wurden U, Eu, Gd und Cs verwendet. Die experimentellen Daten wurden mit Ergebnissen von LDA-LCAO-Bandstrukturrechnungen und Simulationen im Rahmen eines Single-Impurity-Anderson-Modells verglichen. Neben dem Einfluß unterschiedlicher Valenzelektronen der interkalierten Atome auf den Einlagerungsprozeß werden Fragen zum Lokalisierungsverhalten von 4f- und 5f-Zuständen und zu den Veränderungen in der Dimensionalität der Verbindungen durch die Einlagerung diskutiert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen zur temperaturabhängigen Ausbildung von Ladungsdichtewellen in 1T-TaSe2. / Subject of the present thesis are investigations of selected low-dimensional layered lattice systems, with the principal goal to study the electronic structure in relation to intercalation experiments. Single-crystalline graphite-, TiSe2 - and TaSe2- samples were analyzed by angle-resolved photoemission, Fermi- and isoenergy-surface measurements, and low energy electron diffraction experiments before and after intercalation. U, Eu, Gd, and Cs were used as materials for the intercalation process. The experimental results were compared with theoretical LDA-LCAO band-structure calculations and with simulations in the framework of a single-impurity Anderson model. In addition to the influence of different numbers of valence electrons from intercalated atoms, questions concerning the localization of 4f and 5f states and changes in the dimensionality of the compounds due to the intercalation process are discussed. Investigations of the temperature dependent formation of charge density waves in 1T-TaSe2 complete this work.