Mottův izolátor - Mott insulator

Mott izolátory jsou třídou materiálů, které by měly vést elektřinu podle konvenčních teorie kapel, ale ve skutečnosti jsou izolátory při měření (zejména při nízkých teplotách). Tento účinek je způsoben elektron –Elektronové interakce, které se v konvenční teorii pásem neuvažují.

Bandgap v izolátoru Mott existuje mezi pásmy stejného charakteru, jako je 3d znak, zatímco bandgap in izolátory přenosu poplatků existuje mezi anionty a kationty,^[1] například mezi pásmy O 2p a Ni 3d v NiO.^[2]

Dějiny

Ačkoli pásová teorie pevných látek byla velmi úspěšná při popisu různých elektrických vlastností materiálů, v roce 1937 Jan Hendrik de Boer a Evert Johannes Willem Verwey poukázal na to, že různé oxidy přechodných kovů předpokládá se, že bude vodičem teorie pásma (protože mají lichý počet elektronů na jednotku buňky) jsou izolátory.^[3] Nevill Mott a Rudolf Peierls poté (také v roce 1937) předpověděl, že tuto anomálii lze vysvětlit zahrnutím interakcí mezi elektrony.^[4]

Zejména v roce 1949 navrhl Mott model pro NiO jako izolátor, kde vedení je založeno na vzorci^[5]

(Ni²⁺Ó²⁻)₂ → Ni³⁺Ó²⁻ + Ni¹⁺Ó²⁻.

V této situaci lze vznik energetické mezery zabraňující vedení chápat jako soutěž mezi Coulombův potenciál U mezi 3d elektrony a přenosový integrál t ze dne 3.d elektrony mezi sousedními atomy (integrál přenosu je součástí pevná vazba přiblížení). Celkem energetická mezera je tedy

E_mezera = U − 2zt,

kde z je počet atomů nejbližšího souseda.

Obecně platí, že Mottovy izolátory se vyskytují, když odpudivý Coulombův potenciál U je dostatečně velká, aby vytvořila energetickou mezeru. Jednou z nejjednodušších teorií Mottových izolátorů je rok 1963 Hubbardův model. Crossover z kovu na izolátor Mott jako U je zvýšena lze předvídat v rámci tzv teorie dynamického středního pole.

Mottness

Mottismus označuje další přísadu, kromě antiferomagnetický objednávání, které je nutné k úplnému popisu Mott Insulator. Jinými slovy bychom mohli napsat: antiferromagnetic order + mottism = Mott izolátor.

Mottismus tedy odpovídá za všechny vlastnosti Mottových izolátorů, které nelze jednoduše přičíst antiferomagnetismu.

Existuje celá řada vlastností Mottových izolátorů odvozených z experimentálních i teoretických pozorování, které nelze připsat antiferomagnetickému uspořádání a představují tak mottismus. Mezi tyto vlastnosti patří:

Spektrální přenos hmotnosti na Mottově stupnici^[6]^[7]
Zmizení jediné částice Zelená funkce podél spojeného povrchu v hybném prostoru v první zóna Brillouin^[8]
Dva podepsat změny Hallův koeficient jako elektron doping jde od ${ displaystyle n = 0}$ na ${ displaystyle n = 2}$ (pásové izolátory mít pouze jednu změnu znaménka na ${ displaystyle n = 1}$ )
Přítomnost poplatku ${ displaystyle 2e}$ (s ${ displaystyle e <0}$ náboj elektronu) boson při nízkých energiích^[9]^[10]
Pseudogap od poloviny plnění ( ${ displaystyle n = 1}$ )^[11]

Aplikace

Mott izolátory mají rostoucí zájem o pokročilé fyzika výzkumu a dosud nejsou plně pochopeny. Mají aplikace v tenký film magnetický heterostruktury a silné korelované jevy v vysokoteplotní supravodivost, například.^[12]^[13]^[14]^[15]

Tento druh izolátor se může stát dirigent změnou některých parametrů, kterými mohou být složení, tlak, přetvoření, napětí nebo magnetické pole. Efekt je znám jako a Mottův přechod a lze je použít k sestavení menší tranzistory s efektem pole, spínače a paměťová zařízení, než je to u běžných materiálů možné.^[16]^[17]^[18]

Viz také

Poznámky

^ přednáškové snímky
^ P. Kuiper; G. Gruizinga; J. Ghijsen; G.A. Sawatzky; H. Verweij (1987). „Postava děr v Li_XNi_{1 − x}Ó₂". Dopisy o fyzické kontrole. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989PhRvL..62..221K. doi:10.1103 / PhysRevLett.62.221. PMID 10039954.
^ de Boer, J. H .; Verwey, E. J. W. (1937). "Polovodiče s částečně a zcela naplněnými 3d-lattické pásy ". Sborník Fyzikální společnosti. 49 (4S): 59. Bibcode:1937 PPS ... 49 ... 59B. doi:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 307.
^ Mott, N.F .; Peierls, R. (1937). „Diskuse o příspěvku de Boera a Verweye“. Sborník Fyzikální společnosti. 49 (4S): 72. Bibcode:1937PPS ... 49 ... 72M. doi:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 308.
^ Mott, N.F. (1949). „Základ elektronové teorie kovů, se zvláštním zřetelem na přechodné kovy“. Sborník Fyzikální společnosti. Řada A. 62 (7): 416–422. Bibcode:1949 PPSA ... 62..416M. doi:10.1088/0370-1298/62/7/303.
^ Phillips, Philip (2006). „Mottness“. Annals of Physics. 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.
^ Meinders, M. B. J .; Eskes, H .; Sawatzky, G. A. (01.08.1993). „Přenos spektrální hmotnosti: Rozpis pravidel pro součet v nízkoenergetickém měřítku v korelovaných systémech“. Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode:1993PhRvB..48,3916M. doi:10.1103 / fyzrevb.48.3916. ISSN 0163-1829. PMID 10008840.
^ Stanescu, Tudor D .; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (06.03.2007). „Teorie Luttingerova povrchu v dopovaných Mottových izolátorech“. Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 75 (10): 104503. arXiv:cond-mat / 0602280. Bibcode:2007PhRvB..75j4503S. doi:10.1103 / fyzrevb.75.104503. ISSN 1098-0121.
^ Leigh, Robert G .; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (2007-07-25). "Skrytý náboj 2e Boson v izolátorech Doped Mott". Dopisy o fyzické kontrole. 99 (4): 046404. arXiv:cond-mat / 0612130v3. Bibcode:2007PhRvL..99d6404L. doi:10.1103 / physrevlett.99.046404. ISSN 0031-9007. PMID 17678382.
^ Choy, Ting-Pong; Leigh, Robert G .; Phillips, Philip; Powell, Philip D. (2008-01-17). "Přesná integrace vysokoenergetického rozsahu do dopovaných Mottových izolátorů". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 77 (1): 014512. arXiv:0707.1554. Bibcode:2008PhRvB..77a4512C. doi:10.1103 / physrevb.77.014512. ISSN 1098-0121.
^ Stanescu, Tudor D .; Phillips, Philip (02.07.2003). „Pseudogap in Doped Mott Insulators is the Near-Neighbor Analogue of the Mott Gap“. Dopisy o fyzické kontrole. 91 (1): 017002. arXiv:cond-mat / 0209118. Bibcode:2003PhRvL..91a7002S. doi:10.1103 / physrevlett.91.017002. ISSN 0031-9007. PMID 12906566.
^ Kohsaka, Y .; Taylor, C .; Wahl, P .; et al. (28. srpna 2008). „Jak Cooperovy páry zmizí, když se blíží k Mottovu izolátoru v Bi₂Sr₂CaCu₂Ó_8+δ". Příroda. 454 (7208): 1072–1078. arXiv:0808.3816. Bibcode:2008 Natur.454.1072K. doi:10.1038 / nature07243. PMID 18756248. S2CID 205214473.
^ Markiewicz, R. S .; Hasan, M. Z .; Bansil, A. (2008-03-25). „Akustické plazmony a dopingový vývoj Mottovy fyziky v rezonančním nepružném rentgenovém rozptylu z měďnatých supravodičů“. Fyzický přehled B. 77 (9): 094518. Bibcode:2008PhRvB..77i4518M. doi:10.1103 / PhysRevB.77.094518.
^ Hasan, M. Z .; Isaacs, E. D .; Shen, Z.-X .; Miller, L. L .; Tsutsui, K .; Tohyama, T .; Maekawa, S. (09.06.2000). „Elektronická struktura izolátorů Mott studovaných nepružným rentgenovým rozptylem“. Věda. 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.
^ Hasan, M. Z .; Montano, P. A .; Isaacs, E. D .; Shen, Z.-X .; Eisaki, H .; Sinha, S.K .; Islam, Z .; Motoyama, N .; Uchida, S. (2002-04-16). „Impulsní řešení poplatků v prototypu jednodimenzionálního izolátoru Mott“. Dopisy o fyzické kontrole. 88 (17): 177403. arXiv:cond-mat / 0102485. Bibcode:2002PhRvL..88q7403H. doi:10.1103 / PhysRevLett.88.177403. PMID 12005784. S2CID 30809135.
^ Newns, Dennis (2000). "Transistor s efektem přechodového pole spojovacího můstku (JMTFET) a přepínač pro logické a paměťové aplikace". http://www.google.com/patents/US6121642
^ Zhou, ty; Ramanathan, Shriram (01.01.2013). „Korelovaný elektronový materiál a tranzistory s efektem pole pro logiku: recenze“. Kritické recenze ve vědách o pevném stavu a materiálech. 38 (4): 286–317. arXiv:1212.2684. Bibcode:2013CRSSM..38..286Z. doi:10.1080/10408436.2012.719131. ISSN 1040-8436. S2CID 93921400.
^ Syn, Junwoo; et al. (2011-10-18). "Heterojunkční modulací dopovaný Mottův tranzistor". Aplikovaná fyzikální písmena. 110 (8): 084503–084503–4. arXiv:1109.5299. Bibcode:2011JAP ... 110h4503S. doi:10.1063/1.3651612. S2CID 27583830.

Reference

Laughlin, R. B. (1997). „Kritika dvou kovů“. arXiv:cond-mat / 9709195. Bibcode:1997. druhá mat..9195L. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
Anderson, P. W .; Baskaran, G. (1997). „Kritika Kritika dvou kovů". arXiv:cond-mat / 9711197. Bibcode:1997. druhá mat. 1197 A.. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
Jördens, Robert; Strohmaier, Niels; Günter, Kenneth; Moritz, Henning; Esslinger, Tilman (2008). "Mottův izolátor fermionových atomů v optické mřížce". Příroda. 455 (7210): 204–207. arXiv:0804.4009. Bibcode:2008Natur.455..204J. doi:10.1038 / nature07244. PMID 18784720. S2CID 4426395.

[1] řednáškové snímky

[2] P. Kuiper; G. Gruizinga; J. Ghijsen; G.A. Sawatzky; H. Verweij (1987). „Postava děr v Li_XNi_{1 − x}Ó₂". Dopisy o fyzické kontrole. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989PhRvL..62..221K. doi:10.1103 / PhysRevLett.62.221. PMID 10039954.

[3] Boer, J. H .; Verwey, E. J. W. (1937). "Polovodiče s částečně a zcela naplněnými 3d-lattické pásy ". Sborník Fyzikální společnosti. 49 (4S): 59. Bibcode:1937 PPS ... 49 ... 59B. doi:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 307.

[4] Mott, N.F .; Peierls, R. (1937). „Diskuse o příspěvku de Boera a Verweye“. Sborník Fyzikální společnosti. 49 (4S): 72. Bibcode:1937PPS ... 49 ... 72M. doi:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 308.

[5] Mott, N.F. (1949). „Základ elektronové teorie kovů, se zvláštním zřetelem na přechodné kovy“. Sborník Fyzikální společnosti. Řada A. 62 (7): 416–422. Bibcode:1949 PPSA ... 62..416M. doi:10.1088/0370-1298/62/7/303.

[Phillips-6] Phillips, Philip (2006). „Mottness“. Annals of Physics. 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.

[Meinders-7] Meinders, M. B. J .; Eskes, H .; Sawatzky, G. A. (01.08.1993). „Přenos spektrální hmotnosti: Rozpis pravidel pro součet v nízkoenergetickém měřítku v korelovaných systémech“. Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode:1993PhRvB..48,3916M. doi:10.1103 / fyzrevb.48.3916. ISSN 0163-1829. PMID 10008840.

[Stanescu-8] Stanescu, Tudor D .; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (06.03.2007). „Teorie Luttingerova povrchu v dopovaných Mottových izolátorech“. Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 75 (10): 104503. arXiv:cond-mat / 0602280. Bibcode:2007PhRvB..75j4503S. doi:10.1103 / fyzrevb.75.104503. ISSN 1098-0121.

[Leigh-9] Leigh, Robert G .; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (2007-07-25). "Skrytý náboj 2e Boson v izolátorech Doped Mott". Dopisy o fyzické kontrole. 99 (4): 046404. arXiv:cond-mat / 0612130v3. Bibcode:2007PhRvL..99d6404L. doi:10.1103 / physrevlett.99.046404. ISSN 0031-9007. PMID 17678382.

[Choy-10] Choy, Ting-Pong; Leigh, Robert G .; Phillips, Philip; Powell, Philip D. (2008-01-17). "Přesná integrace vysokoenergetického rozsahu do dopovaných Mottových izolátorů". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 77 (1): 014512. arXiv:0707.1554. Bibcode:2008PhRvB..77a4512C. doi:10.1103 / physrevb.77.014512. ISSN 1098-0121.

[Stanescu2-11] Stanescu, Tudor D .; Phillips, Philip (02.07.2003). „Pseudogap in Doped Mott Insulators is the Near-Neighbor Analogue of the Mott Gap“. Dopisy o fyzické kontrole. 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 .; et al. (28. srpna 2008). „Jak Cooperovy páry zmizí, když se blíží k Mottovu izolátoru v Bi₂Sr₂CaCu₂Ó_8+δ". Příroda. 454 (7208): 1072–1078. arXiv:0808.3816. Bibcode:2008 Natur.454.1072K. doi:10.1038 / nature07243. PMID 18756248. S2CID 205214473.

[13] Markiewicz, R. S .; Hasan, M. Z .; Bansil, A. (2008-03-25). „Akustické plazmony a dopingový vývoj Mottovy fyziky v rezonančním nepružném rentgenovém rozptylu z měďnatých supravodičů“. Fyzický přehled B. 77 (9): 094518. Bibcode:2008PhRvB..77i4518M. doi:10.1103 / PhysRevB.77.094518.

[14] Hasan, M. Z .; Isaacs, E. D .; Shen, Z.-X .; Miller, L. L .; Tsutsui, K .; Tohyama, T .; Maekawa, S. (09.06.2000). „Elektronická struktura izolátorů Mott studovaných nepružným rentgenovým rozptylem“. Věda. 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] Hasan, M. Z .; Montano, P. A .; Isaacs, E. D .; Shen, Z.-X .; Eisaki, H .; Sinha, S.K .; Islam, Z .; Motoyama, N .; Uchida, S. (2002-04-16). „Impulsní řešení poplatků v prototypu jednodimenzionálního izolátoru Mott“. Dopisy o fyzické kontrole. 88 (17): 177403. arXiv:cond-mat / 0102485. Bibcode:2002PhRvL..88q7403H. doi:10.1103 / PhysRevLett.88.177403. PMID 12005784. S2CID 30809135.

[16] Newns, Dennis (2000). "Transistor s efektem přechodového pole spojovacího můstku (JMTFET) a přepínač pro logické a paměťové aplikace". http://www.google.com/patents/US6121642

[17] Zhou, ty; Ramanathan, Shriram (01.01.2013). „Korelovaný elektronový materiál a tranzistory s efektem pole pro logiku: recenze“. Kritické recenze ve vědách o pevném stavu a materiálech. 38 (4): 286–317. arXiv:1212.2684. Bibcode:2013CRSSM..38..286Z. doi:10.1080/10408436.2012.719131. ISSN 1040-8436. S2CID 93921400.

[18] Syn, Junwoo; et al. (2011-10-18). "Heterojunkční modulací dopovaný Mottův tranzistor". Aplikovaná fyzikální písmena. 110 (8): 084503–084503–4. arXiv:1109.5299. Bibcode:2011JAP ... 110h4503S. doi:10.1063/1.3651612. S2CID 27583830.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]