Изолятор Мотта - Mott insulator

Изоляторы Mott это класс материалов, которые должны проводит электричество при обычных групповые теории, но на самом деле изоляторы при измерении (особенно при низких температурах). Этот эффект связан с электрон –Электронные взаимодействия, которые не рассматриваются в традиционной зонной теории.

Ширина запрещенной зоны в изоляторе Мотта существует между полосами аналогичного характера, например, трехмерного характера, тогда как запрещенная зона в изоляторе изоляторы переноса заряда существует между состояниями аниона и катиона,^[1] например, между полосами O 2p и Ni 3d в NiO.^[2]

История

Хотя зонная теория твердых тел была очень успешной в описании различных электрических свойств материалов, в 1937 г. Ян Хендрик де Бур и Эверт Йоханнес Виллем Вервей отметил, что различные оксиды переходных металлов предсказано быть дирижером ленточная теория (потому что они имеют нечетное количество электронов на элементарную ячейку) являются изоляторами.^[3] Невилл Мотт и Рудольф Пайерлс затем (также в 1937 году) предсказал, что эту аномалию можно объяснить, включая взаимодействия между электронами.^[4]

В 1949 г., в частности, Мотт предложил модель NiO как изолятор, где проводимость основана на формуле^[5]

(Ni²⁺О²⁻)₂ → Ni³⁺О²⁻ + Ni¹⁺О²⁻.

В этой ситуации образование энергетической щели, препятствующей проводимости, можно понимать как конкуренцию между Кулоновский потенциал U между 3d электроны и интеграл переноса т из 3d электронов между соседними атомами (интеграл переноса является частью плотный переплет приближение). Общая энергетический разрыв затем

E_разрыв = U − 2zt,

где z - количество ближайших соседних атомов.

Обычно изоляторы Мотта возникают, когда отталкивающий кулоновский потенциал U достаточно велик, чтобы создать энергетический зазор. Одна из самых простых теорий изоляторов Мотта - это модель 1963 года. Модель Хаббарда. Переход от металла к изолятору Мотта как U увеличивается, можно предсказать в рамках так называемого теория динамического среднего поля.

Mottness

Моттизм обозначает дополнительный ингредиент, кроме антиферромагнитный заказ, который необходим для полного описания изолятора Mott. 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 из 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 отдельной частицы Зеленая функция вдоль связанной поверхности в импульсном пространстве в первая зона Бриллюэна^[8]
Два подписать изменения Коэффициент Холла как электрон допинг идет от ${ displaystyle n = 0}$ к ${ displaystyle n = 2}$ (ленточные изоляторы иметь только одно изменение знака в ${ Displaystyle п = 1}$ )
Наличие заряда ${ displaystyle 2e}$ (с участием ${ displaystyle e <0}$ заряд электрона) бозон при низких энергиях^[9]^[10]
Псевдощель от полузаполнения ( ${ Displaystyle п = 1}$ )^[11]

Приложения

Изоляторы Mott вызывают растущий интерес в передовых физика исследования, и еще не полностью изучены. У них есть приложения в тонкая пленка магнитный гетероструктуры и сильно коррелированные явления в высокотемпературная сверхпроводимость, Например.^[12]^[13]^[14]^[15]

Этот вид изолятор может стать дирижер путем изменения некоторых параметров, которыми могут быть состав, давление, деформация, напряжение или магнитное поле. Эффект известен как Переход Мотта и может использоваться для создания небольших полевые транзисторы, переключатели и запоминающие устройства, чем это возможно из обычных материалов.^[16]^[17]^[18]

Смотрите также

Заметки

^ слайды лекций
^ П. Койпер; Г. Груйзинга; Дж. Гийсен; Г.А. Савацкий; Х. Вервей (1987). "Характер дыр в Ли_ИксNi_1-хО₂". Письма с физическими проверками. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989ПхРвЛ..62..221К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.62.221. PMID 10039954.
^ de Boer, J. H .; Вервей, Э. Дж. У. (1937). «Полупроводники с частично и полностью заполненными 3d-решеточные ленты ". Труды физического общества. 49 (4С): 59. Bibcode:1937ПС .... 49 ... 59Б. Дои:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 307.
^ Mott, N.F .; Пайерлс, Р. (1937). «Обсуждение статьи де Бура и Вервея». Труды физического общества. 49 (4С): 72. Bibcode:1937ПС .... 49 ... 72М. Дои:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 308.
^ Мотт, Н. Ф. (1949). «Основы электронной теории металлов с особым упором на переходные металлы». Труды физического общества. Серия А. 62 (7): 416–422. Bibcode:1949ППСА ... 62..416М. Дои:10.1088/0370-1298/62/7/303.
^ Филлипс, Филипп (2006). «Моттнесс». Анналы физики. Elsevier BV. 321 (7): 1634–1650. arXiv:cond-mat / 0702348. Bibcode:2006AnPhy.321.1634P. Дои:10.1016 / j.aop.2006.04.003. ISSN 0003-4916.
^ Meinders, M. B.J .; Eskes, H .; Савацкий, Г. А. (1 августа 1993 г.). «Перенос спектрального веса: нарушение правил сумм низкоэнергетического масштаба в коррелированных системах». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode:1993ПхРвБ..48.3916М. Дои:10.1103 / Physrevb.48.3916. ISSN 0163-1829. PMID 10008840.
^ Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-03-06). «Теория поверхности Латтинжера в легированных изоляторах Мотта». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 75 (10): 104503. arXiv:cond-mat / 0602280. Bibcode:2007PhRvB..75j4503S. Дои:10.1103 / Physrevb.75.104503. ISSN 1098-0121.
^ Ли, Роберт Дж .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-07-25). «Скрытый бозон заряда 2e в легированных изоляторах Мотта». Письма с физическими проверками. 99 (4): 046404. arXiv:cond-mat / 0612130v3. Bibcode:2007PhRvL..99d6404L. Дои:10.1103 / Physrevlett.99.046404. ISSN 0031-9007. PMID 17678382.
^ Чой, Тинг-Понг; Ли, Роберт Дж .; Филлипс, Филипп; Пауэлл, Филип Д. (17 января 2008 г.). «Точная интеграция шкалы высоких энергий в легированных изоляторах Мотта». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 77 (1): 014512. arXiv:0707.1554. Bibcode:2008PhRvB..77a4512C. Дои:10.1103 / Physrevb.77.014512. ISSN 1098-0121.
^ Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп (2003-07-02). «Псевдощель в легированных изоляторах Мотта является ближним аналогом разрыва Мотта». Письма с физическими проверками. 91 (1): 017002. arXiv:cond-mat / 0209118. Bibcode:2003ПхРвЛ..91а7002С. Дои:10.1103 / Physrevlett.91.017002. ISSN 0031-9007. PMID 12906566.
^ Kohsaka, Y .; Taylor, C .; Wahl, P .; и другие. (28 августа 2008 г.). "Как куперовские пары исчезают, приближаясь к изолятору Мотта в Bi₂Sr₂CaCu₂О_8+δ". Природа. 454 (7208): 1072–1078. arXiv:0808.3816. Bibcode:2008 Натур.454.1072K. Дои:10.1038 / природа07243. PMID 18756248. S2CID 205214473.
^ Markiewicz, R. S .; Hasan, M. Z .; Бансил, А. (25 марта 2008 г.). «Акустические плазмоны и легирование эволюции физики Мотта в резонансном неупругом рассеянии рентгеновских лучей на купратных сверхпроводниках». Физический обзор B. 77 (9): 094518. Bibcode:2008PhRvB..77i4518M. Дои:10.1103 / PhysRevB.77.094518.
^ Hasan, M. Z .; Isaacs, E.D .; Шен, З.-Х .; Miller, L. L .; 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. Дои:10.1126 / science.288.5472.1811. ISSN 0036-8075. PMID 10846160. S2CID 2581764.
^ Hasan, M. Z .; Монтано, П. А .; Isaacs, E.D .; Шен, З.-Х .; Eisaki, H .; Sinha, S.K .; Islam, Z .; Motoyama, N .; Учида, С. (2002-04-16). "Импульсно-разрешенные зарядовые возбуждения в прототипе одномерного изолятора Мотта". Письма с физическими проверками. 88 (17): 177403. arXiv:cond-mat / 0102485. Bibcode:2002PhRvL..88q7403H. Дои:10.1103 / PhysRevLett.88.177403. PMID 12005784. S2CID 30809135.
^ Ньюнс, Деннис (2000). «Соединение переходного полевого транзистора Мотта (JMTFET) и переключатель для приложений логики и памяти». http://www.google.com/patents/US6121642
^ Чжоу, ты; 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. Дои:10.1080/10408436.2012.719131. ISSN 1040-8436. S2CID 93921400.
^ Сын, Джуну; и другие. (2011-10-18). "Транзистор Мотта с модуляцией гетероперехода". Письма по прикладной физике. 110 (8): 084503–084503–4. arXiv:1109.5299. Bibcode:2011JAP ... 110х4503С. Дои:10.1063/1.3651612. S2CID 27583830.

использованная литература

Лафлин, Р. Б. (1997). «Критика двух металлов». arXiv:cond-mat / 9709195. Bibcode:1997секунд .. 9195L. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
Андерсон, П. У .; Баскаран, Г. (1997). "Критика Критика двух металлов". arXiv:cond-mat / 9711197. Bibcode:1997 второй мат.11197A. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
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:2008Натура.455..204J. Дои:10.1038 / природа07244. PMID 18784720. S2CID 4426395.

[1] слайды лекций

[2] П. Койпер; Г. Груйзинга; Дж. Гийсен; Г.А. Савацкий; Х. Вервей (1987). "Характер дыр в Ли_ИксNi_1-хО₂". Письма с физическими проверками. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989ПхРвЛ..62..221К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.62.221. PMID 10039954.

[3] Boer, J. H .; Вервей, Э. Дж. У. (1937). «Полупроводники с частично и полностью заполненными 3d-решеточные ленты ". Труды физического общества. 49 (4С): 59. Bibcode:1937ПС .... 49 ... 59Б. Дои:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 307.

[4] Mott, N.F .; Пайерлс, Р. (1937). «Обсуждение статьи де Бура и Вервея». Труды физического общества. 49 (4С): 72. Bibcode:1937ПС .... 49 ... 72М. Дои:10.1088 / 0959-5309 / 49 / 4S / 308.

[5] Мотт, Н. Ф. (1949). «Основы электронной теории металлов с особым упором на переходные металлы». Труды физического общества. Серия А. 62 (7): 416–422. Bibcode:1949ППСА ... 62..416М. Дои:10.1088/0370-1298/62/7/303.

[Phillips-6] Филлипс, Филипп (2006). «Моттнесс». Анналы физики. Elsevier BV. 321 (7): 1634–1650. arXiv:cond-mat / 0702348. Bibcode:2006AnPhy.321.1634P. Дои:10.1016 / j.aop.2006.04.003. ISSN 0003-4916.

[Meinders-7] Meinders, M. B.J .; Eskes, H .; Савацкий, Г. А. (1 августа 1993 г.). «Перенос спектрального веса: нарушение правил сумм низкоэнергетического масштаба в коррелированных системах». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode:1993ПхРвБ..48.3916М. Дои:10.1103 / Physrevb.48.3916. ISSN 0163-1829. PMID 10008840.

[Stanescu-8] Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-03-06). «Теория поверхности Латтинжера в легированных изоляторах Мотта». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 75 (10): 104503. arXiv:cond-mat / 0602280. Bibcode:2007PhRvB..75j4503S. Дои:10.1103 / Physrevb.75.104503. ISSN 1098-0121.

[Leigh-9] Ли, Роберт Дж .; Филлипс, Филипп; Чой, Тинг-Понг (2007-07-25). «Скрытый бозон заряда 2e в легированных изоляторах Мотта». Письма с физическими проверками. 99 (4): 046404. arXiv:cond-mat / 0612130v3. Bibcode:2007PhRvL..99d6404L. Дои:10.1103 / Physrevlett.99.046404. ISSN 0031-9007. PMID 17678382.

[Choy-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». Физический обзор B. Американское физическое общество (APS). 77 (1): 014512. arXiv:0707.1554. Bibcode:2008PhRvB..77a4512C. Дои:10.1103 / Physrevb.77.014512. ISSN 1098-0121.

[Stanescu2-11] Stanescu, Tudor D .; Филлипс, Филипп (2003-07-02). «Псевдощель в легированных изоляторах Мотта является ближним аналогом разрыва Мотта». Письма с физическими проверками. 91 (1): 017002. arXiv:cond-mat / 0209118. Bibcode:2003ПхРвЛ..91а7002С. Дои: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, приближаясь к изолятору Мотта в Bi₂Sr₂CaCu₂О_8+δ". Природа. 454 (7208): 1072–1078. arXiv:0808.3816. Bibcode:2008 Натур.454.1072K. Дои:10.1038 / природа07243. PMID 18756248. S2CID 205214473.

[13] Markiewicz, R. S .; Hasan, M. Z .; Бансил, А. (25 марта 2008 г.). «Акустические плазмоны и легирование эволюции физики Мотта в резонансном неупругом рассеянии рентгеновских лучей на купратных сверхпроводниках». Физический обзор B. 77 (9): 094518. Bibcode:2008PhRvB..77i4518M. Дои:10.1103 / PhysRevB.77.094518.

[14] Hasan, M. Z .; Isaacs, E.D .; Шен, З.-Х .; Miller, L. L .; 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. Дои:10.1126 / science.288.5472.1811. ISSN 0036-8075. PMID 10846160. S2CID 2581764.

[15] Hasan, M. Z .; Монтано, П. А .; Isaacs, E.D .; Шен, З.-Х .; Eisaki, H .; Sinha, S.K .; Islam, Z .; Motoyama, N .; Учида, С. (2002-04-16). "Импульсно-разрешенные зарядовые возбуждения в прототипе одномерного изолятора Мотта". Письма с физическими проверками. 88 (17): 177403. arXiv:cond-mat / 0102485. Bibcode:2002PhRvL..88q7403H. Дои: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, ты; 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. Дои:10.1080/10408436.2012.719131. ISSN 1040-8436. S2CID 93921400.

[18] Сын, Джуну; и другие. (2011-10-18). "Транзистор Мотта с модуляцией гетероперехода". Письма по прикладной физике. 110 (8): 084503–084503–4. arXiv:1109.5299. Bibcode:2011JAP ... 110х4503С. Дои:10.1063/1.3651612. S2CID 27583830.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]