莫特絕緣體
編輯莫特絕緣體是一類材料,根據傳統的能帶理論,它們被認為可以導電,但結果卻是絕緣體(尤其是在低溫下)。 這些絕緣體由于強烈的電子-電子相互作用而無法用固體能帶理論正確描述,這在傳統能帶理論中沒有被考慮。 莫特轉變是由電子之間的強相互作用驅動的從金屬到絕緣體的轉變。 可以捕獲 Mott 轉換的最簡單模型之一是 Hubbard 模型。
莫特絕緣體中的帶隙存在于具有相似特征的帶之間,例如 3d 電子帶,而電荷轉移絕緣體中的帶隙存在于陰離子和陽離子狀態之間,例如 NiO 中的 O 2p 和 Ni 3d 帶之間。
歷史
編輯盡管固體能帶理論在描述材料的各種電學性質方面非常成功,但 1937 年 Jan Hendrik de Boer 和 Evert Johannes Willem Verwey 指出,各種被能帶理論預測為導體的過渡金屬氧化物實際上是絕緣體。 每個晶胞的電子數為奇數,價帶僅被部分填充,因此費米能級位于能帶內。 根據能帶理論,這意味著這種材料必須是金屬。 這個結論在一些情況下是無效的,例如 CoO,已知xxx的絕緣體之一。
Nevill Mott 和 Rudolf Peierls 也在 1937 年預測帶理論的失敗可以通過包括電子之間的相互作用來解釋。
特別是在 1949 年,Mott 提出了將 NiO 作為絕緣體的模型,其中傳導基于公式
(Ni2+O2?)2 → Ni3+O2? + Ni1+O2?。
在這種情況下,阻止傳導的能隙的形成可以理解為3d電子之間的庫侖勢U與相鄰原子之間的3d電子的轉移積分t之間的競爭(轉移積分是緊束縛近似的一部分) . 總能隙為
Egap = U ? 2zt,
其中 z 是最近鄰原子的數量。
通常,當庫侖排斥勢 U 大到足以產生能隙時,就會出現莫特絕緣體。 莫特絕緣體最簡單的理論之一是 1963 年的哈伯德模型。 隨著 U 的增加,從金屬到莫特絕緣體的交叉可以在所謂的動態平均場理論中預測。
斑點
編輯Mottism 表示除了反鐵磁排序之外的附加成分,這是完整描述莫特絕緣體所必需的。 換句話說,我們可以寫成:反鐵磁序+條理=莫特絕緣體。
因此,莫特絕緣體的所有屬性都不能簡單地歸因于反鐵磁性。
莫特絕緣體的許多性質,從實驗和理論觀察中得出,不能歸因于反鐵磁有序,因此構成了 mottism。 這些屬性包括:
- 莫特尺度上的光譜重量轉移
- xxx布里淵區動量空間連通面上單粒子格林函數的消失
- 當電子摻雜從 n = 0 {\displaystyle n=0} 到 n = 2 {\displaystyle n=2} 時,霍爾系數的兩個符號變化(帶絕緣體在 n = 1 時只有一個符號變化 {\displaystyle n=1} )
- 存在電荷 2 e {\displaystyle 2e}(e < 0 {\displaystyle e<0} 電子的電荷)玻色子處于低能量狀態
- 遠離半填充的偽間隙 ( n = 1 {\displaystyle n=1} )
應用
編輯莫特絕緣體對高級物理研究的興趣越來越大,但尚未完全了解。 例如,它們在薄膜磁性異質結構和高溫超導中的強相關現象中有應用。
這種絕緣體可以通過改變一些參數變成導體,這些參數可能是成分、壓力、應變、電壓或磁場。 這種效應被稱為莫特轉變,可用于制造比傳統材料更小的場效應晶體管、開關和存儲設備。
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