Izolator Motta - Mott insulator

Izolatory Motta to klasa materiałów, od których oczekuje się przewodzenia elektryczności zgodnie z konwencjonalnymi teoriami pasmowymi , ale te związki okazują się być izolatorami (szczególnie w niskich temperaturach). Izolatory te nie zostały poprawnie opisane przez teorie pasmowe ciał stałych z powodu silnych oddziaływań elektron-elektron , które nie są uwzględniane w konwencjonalnej teorii pasmowej. Przejście Motta to przejście od metalu do izolatora, napędzane przez silne interakcje między elektronami. Jednym z najprostszych modeli, które mogą uchwycić przejście Motta, jest model Hubbarda .

Przerwa wzbroniona w izolatorze Motta istnieje między pasmami o podobnym charakterze, takim jak charakter 3d, podczas gdy przerwa wzbroniona w izolatorach przenoszących ładunek istnieje między stanami anionowymi i kationowymi, takimi jak między pasmami O 2p i Ni 3d w NiO .

Historia

Chociaż teoria pasmowa ciał stałych była bardzo skuteczna w opisywaniu różnych właściwości elektrycznych materiałów, w 1937 r. Jan Hendrik de Boer i Evert Johannes Willem Verwey wskazali, że różne tlenki metali przejściowych, które według teorii pasmowej są przewodnikami, są izolatorami. Przy nieparzystej liczbie elektronów na komórkę elementarną pasmo walencyjne jest tylko częściowo wypełnione, więc poziom Fermiego leży w obrębie pasma. Z teorii zespołu wynika, że taki materiał musi być metalem. Ten wniosek zawodzi w kilku przypadkach, takich jak np. CoO , jeden z najsilniejszych znanych izolatorów.

Nevill Mott i Rudolf Peierls również w 1937 przewidzieli, że niepowodzenie teorii pasmowej można wyjaśnić przez uwzględnienie interakcji między elektronami.

W szczególności w 1949 roku Mott zaproponował model NiO jako izolatora, w którym przewodnictwo opiera się na wzorze

(Ni ²⁺ O ^2- ) ₂ → Ni ³⁺ O ^2- + Ni ¹⁺ O ^2- .

W tej sytuacji powstanie przerwy energetycznej uniemożliwiającej przewodzenie może być rozumiane jako rywalizacja między potencjałem kulombowskim U między elektronami 3 d a całką przeniesienia t elektronów 3 d między sąsiednimi atomami (całka przeniesienia jest częścią ciasnego wiązania przybliżenie). Całkowita luka energetyczna wynosi zatem

E _szczelina = U − 2 zt ,

gdzie z jest liczbą najbliższych sąsiadów.

Ogólnie rzecz biorąc, izolatory Motta występują, gdy odpychający potencjał kulombowski U jest wystarczająco duży, aby stworzyć przerwę energetyczną. Jedną z najprostszych teorii izolatorów Motta jest model Hubbarda z 1963 roku . Przejście z metalu do izolatora Motta w miarę wzrostu U można przewidzieć w ramach tak zwanej dynamicznej teorii pola średniego .

Motowość

Mottyzm oznacza dodatkowy składnik, oprócz uporządkowania antyferromagnetycznego , który jest niezbędny do pełnego opisania izolatora Motta. Innymi słowy możemy napisać: porządek antyferromagnetyczny + motywacja = izolator Motta .

Tak więc motywacja odpowiada za wszystkie właściwości izolatorów Motta, których nie można przypisać po prostu antyferromagnetyzmowi.

Istnieje szereg właściwości izolatorów Motta, wynikających zarówno z obserwacji eksperymentalnych, jak i teoretycznych, których nie można przypisać uporządkowaniu antyferromagnetycznemu, a zatem stanowią motyzm. Te właściwości obejmują:

Widmowy transfer masy na skali Motta
Zanikanie funkcji Greena pojedynczej cząstki wzdłuż połączonej powierzchni w przestrzeni pędów w pierwszej strefie Brillouina
Dwie zmiany znaku współczynnika Halla w miarę domieszkowania elektronów od do ( izolatory taśmowe mają tylko jedną zmianę znaku na ) $n=0$ $n=2$ $n=1$
Obecność ładunku (z ładunkiem elektronu) bozonu przy niskich energiach $2e$ $e<0$
Pseudoprzerwa od połowy wypełnienia ( ) $n=1$

Aplikacje

Izolatory Motta cieszą się coraz większym zainteresowaniem w zaawansowanych badaniach fizycznych i nie są jeszcze w pełni poznane. Mają one zastosowanie na przykład w cienkowarstwowych heterostrukturach magnetycznych i silnie skorelowanych zjawiskach w nadprzewodnictwie wysokotemperaturowym .

Ten rodzaj izolatora może stać się przewodnikiem poprzez zmianę niektórych parametrów, którymi mogą być skład, ciśnienie, naprężenie, napięcie lub pole magnetyczne. Efekt ten jest znany jako przejście Motta i może być wykorzystany do budowy mniejszych tranzystorów polowych , przełączników i urządzeń pamięci niż jest to możliwe przy użyciu konwencjonalnych materiałów.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Laughlin, RB (1997). „Krytyka dwóch metali”. arXiv : cond-mat/9709195 . Kod Bibcode : 1997cond.mat..9195L . Cytowanie dziennika wymaga |journal=( pomoc )
Andersona, PW; Baskaran, G. (1997). „Krytyka krytyki dwóch metali ”. arXiv : cond-mat/9711197 . Kod Bibcode : 1997cond.mat.11197A . Cytowanie dziennika wymaga |journal=( pomoc )
Jördensa, Roberta; Strohmaiera, Nielsa; Guntera, Kennetha; Moritz, Henning; Esslinger, Tilman (2008). „Izolator Motta atomów fermionowych w sieci optycznej”. Natura . 455 (7210): 204-207. arXiv : 0804.4009 . Kod Bibcode : 2008Natur.455..204J . doi : 10.1038/nature07244 . PMID 18784720 . S2CID 4426395 .

Languages

In other projects