Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Структура перовскита из BSCCO , A высокотемпературный сверхпроводник и сильно коррелированы материал.

Сильно коррелированные материалы представляют собой широкий класс соединений, которые включают изоляторы и электронные материалы, и демонстрируют необычные (часто технологически полезные) электронные и магнитные свойства , такие как переходы металл-изолятор , поведение тяжелых фермионов , полуметалличность и разделение спин-зарядов . Существенная особенность, которая определяет эти материалы, заключается в том, что поведение их электронов или спинонов не может быть эффективно описано в терминах невзаимодействующих сущностей. [1] Теоретические модели электронной ( фермионной ) структуры сильно коррелированных материалов должны включать электронные (фермионная ) корреляция, чтобы быть точным. В последнее время метка Quantum Materials также используется для обозначения, среди прочего, сильно коррелированных материалов.

Оксиды переходных металлов [ править ]

Многие оксиды переходных металлов , принадлежат к этому классу [2] , которые могут быть разделены в соответствии с их поведением, например , с высоким Т гр , спинтронные материалы , мультиферроика , Mott изоляторы , спиновые пайерлсовские материалы, тяжелофермионные материалы, квази-низкоразмерные материалы и т.д. .Единственный наиболее интенсивно изучаемый эффект - это, вероятно, высокотемпературная сверхпроводимость в легированных купратах , например La 2 − x Sr x CuO 4.. Другие явления упорядочения или магнитные явления и температурно-индуцированные фазовые переходы во многих оксидах переходных металлов также объединяются под термином «сильно коррелированные материалы».

Электронные структуры [ править ]

Как правило, сильно коррелированные материалы не полностью заполнены d - или е - электронные оболочки с узкими энергетическими зонами. Никто больше не может рассматривать какой-либо электрон в материале как находящийся в « море » усредненного движения других (также известное как теория среднего поля ). Каждый отдельный электрон оказывает комплексное влияние на своих соседей.

Термин сильная корреляция относится к поведению электронов в твердых телах, которое плохо описывается (часто даже не качественно) простыми одноэлектронными теориями, такими как приближение локальной плотности (LDA) теории функционала плотности или Хартри. –Теория Фока. Например, на первый взгляд простой материал NiO имеет частично заполненную 3 d -зону (атом Ni имеет 8 из 10 возможных 3 d -электронов), и поэтому можно ожидать, что он будет хорошим проводником. Однако сильный кулоновское отталкивание (корреляция эффект) между д -электронами делает NiO вместо широкоэкранного запрещенной зоны изолятора. Таким образом, сильно коррелированные материалы имеют электронные структуры, которые не являются ни просто свободными электронами, ни полностью ионными, а представляют собой смесь того и другого.

Теории [ править ]

Расширения LDA (LDA + U, GGA, SIC, GW и т. Д.), А также упрощенные модели гамильтонианов (например, модели, подобные Хаббарду ) были предложены и разработаны для описания явлений, которые происходят из-за сильной электронной корреляции. Среди них динамическая теория среднего поля успешно фиксирует основные особенности коррелированных материалов. Схемы, в которых используются как LDA, так и DMFT, объясняют многие экспериментальные результаты в области коррелированных электронов.

Структурные исследования [ править ]

Экспериментально оптическая спектроскопия, спектроскопия электронов высоких энергий , резонансная фотоэмиссия , а в последнее время - резонансное неупругое (жесткое и мягкое) рентгеновское рассеяние ( RIXS ) и нейтронная спектроскопия использовались для изучения электронной и магнитной структуры сильно коррелированных материалов. Наблюдаемые этими методами спектральные сигнатуры, которые не объясняются одноэлектронной плотностью состояний, часто связаны с эффектами сильной корреляции. Экспериментально полученные спектры можно сравнить с предсказаниями определенных моделей или использовать для установления ограничений на наборы параметров. Например, была создана классификационная схема оксидов переходных металлов в рамках так называемой диаграммы Заанена – Савацки – Аллена .[3]

Приложения [ править ]

Манипулирование и использование коррелированных явлений имеет приложения, такие как сверхпроводящие магниты и технологии магнитной памяти (CMR) [ необходима ссылка ] . Другие явления, такие как переход металл-изолятор в VO 2 , были исследованы как средство создания умных окон для снижения требований к обогреву / охлаждению комнаты. [4] Кроме того, переходы металл-изолятор в изоляционных материалах Mott, таких как LaTiO 3, могут быть настроены путем регулировки заполнения полосы, что потенциально может быть использовано для создания транзисторов, которые будут использовать традиционные конфигурации полевых транзисторов, чтобы воспользоваться преимуществом резкого изменения проводимости материала. [5] Транзисторы, использующие переходы металл-изолятор в изоляторах Мотта, часто называют транзисторами Мотта, и ранее они успешно производились с использованием VO 2 , но для работы им требовались большие электрические поля, индуцированные ионными жидкостями в качестве материала затвора. [6]


См. Также [ править ]

  • Электронная корреляция
  • Эмерджентное поведение

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кинтанилья, Хорхе; Хули, Крис (2009). "Загадка сильной корреляции" (PDF) . Мир физики . IOP Publishing. 22 (6): 32–37. Bibcode : 2009PhyW ... 22f..32Q . DOI : 10.1088 / 2058-7058 / 22/06/38 . ISSN  0953-8585 .
  2. ^ Миллис, AJ "Конспект лекций по" Сильно коррелированным "оксидам переходных металлов" (PDF) . Колумбийский университет . Проверено 20 июня 2012 года .
  3. ^ Дж. Заанен; Г.А. Савацкий; Дж. У. Аллен (1985). "Ширина запрещенной зоны и электронная структура соединений переходных металлов" (PDF) . Письма с физическим обзором . 55 (4): 418–421. Bibcode : 1985PhRvL..55..418Z . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.55.418 . ЛВП : 1887/5216 . PMID 10032345 .  
  4. ^ JM Tomczak; С. Бирманн (2009). «Оптические свойства коррелированных материалов - или почему интеллектуальные окна могут выглядеть грязными». Physica Status Solidi B . 246 (9): 1996–2005. arXiv : 0907.1575 . Bibcode : 2009PSSBR.246.1996T . DOI : 10.1002 / pssb.200945231 . S2CID 6942417 . 
  5. ^ Шайдерер, Филипп; Шмитт, Матиас; Габель, Юдифь; Цапф, Майкл; Штюбингер, Мартин; Шютц, Филипп; Дуди, Ленарт; Шлютер, Кристоф; Ли, Тянь-Линь; Пой, Майкл; Клаессен, Ральф (2018). «Специальные материалы для моттроники: избыточное легирование кислородом прототипа изолятора Мотта». Современные материалы . 30 (25): 1706708. arXiv : 1807.05724 . DOI : 10.1002 / adma.201706708 .
  6. ^ Накано, М .; Сибуя, К .; Окуяма, Д .; Hatano, T .; Ono, S .; Кавасаки, М .; Iwasa, Y .; Токура, Ю. (июль 2012 г.). «Коллективная делокализация сухогруза за счет накопления электростатического заряда на поверхности». Природа . 487 (7408): 459–462. DOI : 10.1038 / nature11296 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Анисимов Владимир; Юрий Изюмов ​​(2010). Электронная структура сильно коррелированных материалов . Springer. ISBN 978-3-642-04825-8.
  • Патрик Фазекас (1999). Конспект лекций по электронной корреляции и магнетизму . World Scientific. ISBN 978-9810224745.
  • де Гроот, Франк; Акио Котани (2008). Спектроскопия твердых тел на уровне ядра . CRC Press. ISBN 978-0-8493-9071-5.
  • Ямада, Косаку (2004). Электронные корреляции в металлах . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57232-3.
  • Роберт З. Бахрах, изд. (1992). Исследования синхротронного излучения: достижения в области науки о поверхностях и интерфейсах . Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-43872-1.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  • Паварини, Ева; Кох Эрик; Воллхардт, Дитер; Лихтенштейн, Александр; (ред.) (2011). Подход LDA + DMFT к сильно коррелированным материалам . Forschungszentrum Jülich. ISBN 978-3-89336-734-4.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  • Амуся М., Попов К., Шагинян В., Стефанович В. (2014). Теория тяжелых фермионных соединений - теория сильно коррелированных ферми-систем . Серия Спрингера в науках о твердом теле. 182 . Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-319-10825-4 . ISBN 978-3-319-10825-4.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Кинтанилья, Хорхе; Хули, Крис (июнь 2009 г.). "Загадка сильной корреляции" (PDF) . Мир физики . 22 (6): 32–37. Bibcode : 2009PhyW ... 22f..32Q . DOI : 10.1088 / 2058-7058 / 22/06/38 .