Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Физика конденсированного состояния
QuantumPhaseTransition.svg
Фазы  · Фазовый переход  · QCP
состояния вещества
Твердое  тело · Жидкость  · Газ  · Плазма  · Конденсат Бозе – Эйнштейна  · Бозе-газ  · Фермионный конденсат  · Ферми-газ  · Ферми-жидкость  · Сверхтвердое тело  · Сверхтекучесть  · Жидкость Латтинжера  · Временной кристалл
Фазовые явления
Параметр заказа  · Фазовый переход  · QCP
Электронные фазы
Электронная структура группы  · Плазменные  · Изолятор  · Мотта изолятор  · Полупроводниковый  · полуметалл  · Проводник  · сверхпроводник  · Термоэлектрический  · Пьезоэлектрический  · сегнетоэлектрических  · топологическая изолятор  · Спин бесщелевого полупроводника
Электронные явления
Квантовый эффект Холла  · Спиновый эффект Холла  · Эффект Кондо
Магнитные фазы
Диамагнетик  · Супердиамагнетик
Парамагнетик  · Суперпарамагнетик
Ферромагнетик  · Антиферромагнетик
Метамагнетик  · Спиновое стекло
Квазичастицы
Фонон  · Экситон  · Плазмон-
поляритон  · Полярон  · Магнон
Мягкая материя
Аморфное твердое тело  · Коллоид  · Гранулированный материал  · Жидкий кристалл  · Полимер
Ученые
Ван дер Ваальс  · Оннес  · фон Лауэ  · Брэгг  · Дебай  · Блох  · Онсагер  · Мотт  · Пайерлс  · Ландау  · Латтинджер  · Андерсон  · Ван Флек  · Хаббард  · Шокли  · Бардин  · Купер  · Шриффер  · Джозефсон  · Луи Нил  · Эсаки  · Джавер  · Кон  · Каданов  · Фишер  · Уилсон  · фон Клитцинг  · Бинниг  · Рорер  · Беднорц  · Мюллер  · Лафлин  · Штёрмер  · Ян  · Цуй  · Абрикосов  · Гинзбург  · Леггетт
  • v
  • т
  • е

Изоляторы Мотта - это класс материалов, которые должны проводить электричество в соответствии с традиционными теориями зон , но фактически являются изоляторами при измерении (особенно при низких температурах). Этот эффект обусловлен электрон-электронными взаимодействиями, которые не рассматриваются в традиционной зонной теории.

Запрещенная зона в изоляторе Мотта существует между полосами схожего характера, например 3d-характером, тогда как запрещенная зона в изоляторах с переносом заряда существует между анионным и катионным состояниями [1], например, между зонами O 2p и Ni 3d в NiO . [2]

История [ править ]

Хотя зонная теория твердых тел была очень успешной в описании различных электрических свойств материалов, в 1937 году Ян Хендрик де Бур и Эверт Йоханнес Виллем Вервей указали, что различные оксиды переходных металлов, которые, согласно зонной теории, будут проводниками (поскольку они обладают нечетное число электронов в элементарной ячейке) являются изоляторами. [3] Невилл Мотт и Рудольф Пайерлс тогда (также в 1937 году) предсказали, что эту аномалию можно объяснить, включая взаимодействие между электронами. [4]

В 1949 году, в частности, Мотт предложил модель NiO в качестве изолятора, в которой проводимость основана на формуле [5]

(Ni 2+ O 2− ) 2 → Ni 3+ O 2− + Ni 1+ O 2− .

В этой ситуации образование энергетической щели, препятствующей проводимости, можно понимать как конкуренцию между кулоновским потенциалом U между 3 d- электронами и интегралом переноса t 3 d- электронов между соседними атомами (интеграл переноса является частью сильной связи приближение). Тогда полная энергетическая щель равна

E зазор = U - 2 zt ,

где z - количество ближайших атомов.

Обычно изоляторы Мотта возникают, когда отталкивающий кулоновский потенциал U достаточно велик, чтобы создать энергетический зазор. Одна из простейших теорий изоляторов Мотта - это модель Хаббарда 1963 года . Переход от металла к изолятору Мотта при увеличении U может быть предсказан в рамках так называемой теории динамического среднего поля .

Моттнесс [ править ]

Моттизм означает дополнительный ингредиент, помимо антиферромагнитного упорядочения, который необходим для полного описания изолятора Мотта. Другими словами, мы могли бы написать: антиферромагнитный порядок + моттизм = изолятор Мотта .

Таким образом, моттизм объясняет все свойства изоляторов Мотта, которые нельзя отнести просто к антиферромагнетизму.

Существует ряд свойств изоляторов Мотта, полученных как из экспериментальных, так и теоретических наблюдений, которые нельзя отнести к антиферромагнитному упорядочению и, таким образом, составляют моттизм. Эти свойства включают:

  • Спектральный перенос веса по шкале Мотта [6] [7]
  • Исчезновение одночастичной функции Грина вдоль связанной поверхности в импульсном пространстве в первой зоне Бриллюэна [8]
  • Два изменения знака коэффициента Холла при переходе от электронного легирования к (у зонных диэлектриков знак меняется только один раз при )
  • Наличие зарядового (с зарядом электрона) бозона при низких энергиях [9] [10]
  • Псевдощель от полузаполнения ( ) [11]

Приложения [ править ]

Изоляторы Mott вызывают растущий интерес в передовых физических исследованиях и еще не полностью изучены. Они находят применение, например, в тонкопленочных магнитных гетероструктурах и в сильно коррелированных явлениях в высокотемпературной сверхпроводимости . [12] [13] [14] [15]

Такой изолятор может стать проводником , изменив некоторые параметры, например состав, давление, деформацию, напряжение или магнитное поле. Эффект известен как переход Мотта и может быть использован для создания полевых транзисторов , переключателей и запоминающих устройств меньшего размера, чем это возможно при использовании обычных материалов. [16] [17] [18]

См. Также [ править ]

  • Теория динамического среднего поля
  • Электронная зонная структура
  • Модель Хаббарда
  • Переход металл – изолятор
  • Критерий Мотта
  • Приближение сильной привязки
  • Прыжок с переменным диапазоном (Mott)

Примечания [ править ]

  1. ^ слайды лекций
  2. ^ П. Койпер; Г. Груйзинга; Дж. Гийсен; Г.А. Савацкий; Х. Вервей (1987). «Характер дыр в Li x Ni 1 − x O 2 ». Письма с физическим обзором . 62 (2): 221–224. Bibcode : 1989PhRvL..62..221K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.62.221 . PMID  10039954 .
  3. ^ де Бур, JH; Вервей, EJW (1937). «Полупроводники с частично и полностью заполненными 3-мя полосами d- решетки». Труды физического общества . 49 (4S): 59. Полномочный код : 1937PPS .... 49 ... 59B . DOI : 10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 307 .
  4. ^ Мотт, NF; Пайерлс, Р. (1937). «Обсуждение статьи де Бура и Вервея». Труды физического общества . 49 (4S): 72. Полномочный код : 1937PPS .... 49 ... 72M . DOI : 10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 308 .
  5. Перейти ↑ Mott, NF (1949). «Основы электронной теории металлов с особым упором на переходные металлы». Труды физического общества . Series A. 62 (7): 416–422. Bibcode : 1949PPSA ... 62..416M . DOI : 10.1088 / 0370-1298 / 62/7/303 .
  6. Перейти ↑ Phillips, Philip (2006). «Моттнесс». Анналы физики . Elsevier BV. 321 (7): 1634–1650. arXiv : cond-mat / 0702348 . Bibcode : 2006AnPhy.321.1634P . DOI : 10.1016 / j.aop.2006.04.003 . ISSN 0003-4916 . 
  7. ^ Meinders, MBJ; Eskes, H .; Савацкий, Г.А. (1993-08-01). «Перенос спектрального веса: нарушение правил сумм низкоэнергетического масштаба в коррелированных системах». Physical Review B . Американское физическое общество (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode : 1993PhRvB..48.3916M . DOI : 10.1103 / Physrevb.48.3916 . ISSN 0163-1829 . PMID 10008840 .  
  8. ^ Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-03-06). «Теория поверхности Латтинжера в легированных изоляторах Мотта». Physical Review B . Американское физическое общество (APS). 75 (10): 104503. arXiv : cond-mat / 0602280 . Bibcode : 2007PhRvB..75j4503S . DOI : 10.1103 / Physrevb.75.104503 . ISSN 1098-0121 . 
  9. ^ Ли, Роберт G .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-07-25). «Скрытый бозон заряда 2e в легированных изоляторах Мотта». Письма с физическим обзором . 99 (4): 046404. arXiv : cond-mat / 0612130v3 . Bibcode : 2007PhRvL..99d6404L . DOI : 10.1103 / physrevlett.99.046404 . ISSN 0031-9007 . PMID 17678382 .  
  10. ^ Чой, Тинг-Понг; Ли, Роберт Дж .; Филлипс, Филипп; Пауэлл, Филип Д. (17 января 2008 г.). «Точная интеграция шкалы высоких энергий в легированных изоляторах Мотта». Physical Review B . Американское физическое общество (APS). 77 (1): 014512. arXiv : 0707.1554 . Bibcode : 2008PhRvB..77a4512C . DOI : 10.1103 / Physrevb.77.014512 . ISSN 1098-0121 . 
  11. ^ Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп (2003-07-02). «Псевдощель в легированных изоляторах Мотта является ближним аналогом разрыва Мотта». Письма с физическим обзором . 91 (1): 017002. arXiv : cond-mat / 0209118 . Bibcode : 2003PhRvL..91a7002S . DOI : 10.1103 / physrevlett.91.017002 . ISSN 0031-9007 . PMID 12906566 .  
  12. ^ Kohsaka, Y .; Taylor, C .; Wahl, P .; и другие. (28 августа 2008 г.). «Как куперовские пары исчезают при приближении к изолятору Мотта в Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ ». Природа . 454 (7208): 1072–1078. arXiv : 0808.3816 . Bibcode : 2008Natur.454.1072K . DOI : 10,1038 / природа07243 . PMID 18756248 . S2CID 205214473 .  
  13. ^ Markiewicz, RS; Хасан, МЗ; Бансил, А. (25 марта 2008 г.). «Акустические плазмоны и легирование эволюции физики Мотта в резонансном неупругом рассеянии рентгеновских лучей на купратных сверхпроводниках». Physical Review B . 77 (9): 094518. Bibcode : 2008PhRvB..77i4518M . DOI : 10.1103 / PhysRevB.77.094518 .
  14. ^ Хасан, штат Массачусетс; Айзекс, Эдвардс; Шен, З.-Х .; Миллер, LL; Tsutsui, K .; Tohyama, T .; Маэкава, С. (2000-06-09). «Электронная структура изоляторов Мотта, исследованная методом неупругого рентгеновского рассеяния» . Наука . 288 (5472): 1811–1814. arXiv : cond-mat / 0102489 . Bibcode : 2000Sci ... 288.1811H . DOI : 10.1126 / science.288.5472.1811 . ISSN 0036-8075 . PMID 10846160 . S2CID 2581764 .   
  15. ^ Хасан, штат Массачусетс; Монтано, Пенсильвания; Айзекс, Эдвардс; Шен, З.-Х .; Eisaki, H .; Синха, СК; Islam, Z .; Motoyama, N .; Учида, С. (2002-04-16). "Импульсно-разрешенные зарядовые возбуждения в прототипе одномерного изолятора Мотта". Письма с физическим обзором . 88 (17): 177403. arXiv : cond-mat / 0102485 . Bibcode : 2002PhRvL..88q7403H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.88.177403 . PMID 12005784 . S2CID 30809135 .  
  16. ^ Ньюнс, Деннис (2000). «Соединение переходного полевого транзистора Мотта (JMTFET) и переключатель для приложений логики и памяти». http://www.google.com/patents/US6121642
  17. ^ Чжоу, Вы; Раманатан, Шрирам (1 января 2013 г.). "Коррелированные электронные материалы и полевые транзисторы для логики: обзор". Критические обзоры в области твердого тела и материаловедения . 38 (4): 286–317. arXiv : 1212.2684 . Bibcode : 2013CRSSM..38..286Z . DOI : 10.1080 / 10408436.2012.719131 . ISSN 1040-8436 . S2CID 93921400 .  
  18. ^ Сын Junwoo; и другие. (2011-10-18). "Транзистор Мотта с модуляцией гетероперехода". Письма по прикладной физике . 110 (8): 084503–084503–4. arXiv : 1109.5299 . Bibcode : 2011JAP ... 110h4503S . DOI : 10.1063 / 1.3651612 . S2CID 27583830 . 

Ссылки [ править ]

  • Лафлин, РБ (1997). «Критика двух металлов». arXiv : cond-mat / 9709195 . Bibcode : 1997cond.mat..9195L . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Андерсон, П. В.; Баскаран, Г. (1997). «Критика критики двух металлов ». arXiv : cond-mat / 9711197 . Bibcode : 1997 second.mat.11197A . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Йорденс, Роберт; Штромайер, Нильс; Гюнтер, Кеннет; Мориц, Хеннинг; Эсслингер, Тилман (2008). «Изолятор Мотта из фермионных атомов в оптической решетке». Природа . 455 (7210): 204–207. arXiv : 0804.4009 . Bibcode : 2008Natur.455..204J . DOI : 10,1038 / природа07244 . PMID  18784720 . S2CID  4426395 .