Aislante Mott - Mott insulator

Los aislantes Mott son una clase de materiales que se espera que conduzcan la electricidad según lo predicho por las teorías de bandas convencionales , pero estos compuestos resultan ser aislantes (particularmente a bajas temperaturas). Estos aislantes no pudieron ser descritos correctamente por las teorías de bandas de los sólidos debido a las fuertes interacciones electrón- electrón, que no se consideran en la teoría de bandas convencional. La transición de Mott es una transición de un metal a un aislante, impulsada por las fuertes interacciones entre los electrones. Uno de los modelos más simples que puede capturar la transición de Mott es el modelo Hubbard .

La banda prohibida en un aislante Mott existe entre bandas de carácter similar, como el carácter 3d, mientras que la banda prohibida en los aisladores de transferencia de carga existe entre los estados aniónico y catiónico, como entre las bandas O 2p y Ni 3d en NiO .

Historia

Aunque la teoría de bandas de los sólidos había tenido mucho éxito al describir varias propiedades eléctricas de los materiales, en 1937 Jan Hendrik de Boer y Evert Johannes Willem Verwey señalaron que una variedad de óxidos de metales de transición que se predice que son conductores por la teoría de bandas son aislantes. Con un número impar de electrones por celda unitaria, la banda de valencia solo está parcialmente llena, por lo que el nivel de Fermi se encuentra dentro de la banda. Según la teoría de la banda , esto implica que dicho material tiene que ser un metal. Esta conclusión falla en varios casos, como, por ejemplo, CoO , uno de los aislantes más fuertes conocidos.

Nevill Mott y Rudolf Peierls también en 1937 predijeron que el fracaso de la teoría de bandas puede explicarse mediante la inclusión de interacciones entre electrones.

En 1949, en particular, Mott propuso un modelo para NiO como aislante, donde la conducción se basa en la fórmula

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

En esta situación, la formación de una brecha de energía que impide la conducción puede entenderse como la competencia entre el potencial de Coulomb U entre electrones de 3 d y la integral de transferencia t de electrones de 3 d entre átomos vecinos (la integral de transferencia es una parte de la unión estrecha aproximación). La brecha de energía total es entonces

_EspacioE = U - 2 zt ,

donde z es el número de átomos vecinos más cercanos.

En general, los aislantes de Mott ocurren cuando el potencial repulsivo de Coulomb U es lo suficientemente grande como para crear una brecha de energía. Una de las teorías más simples de los aisladores Mott es el modelo Hubbard de 1963 . El cruce de un metal a un aislante de Mott a medida que aumenta U se puede predecir dentro de la llamada teoría dinámica del campo medio .

Mottness

El mottismo denota el ingrediente adicional, además del orden antiferromagnético , que es necesario para describir completamente un aislante Mott. En otras palabras, podríamos escribir: orden antiferromagnético + mottismo = aislante Mott .

Por lo tanto, el mottismo explica todas las propiedades de los aislantes Mott que no pueden atribuirse simplemente al antiferromagnetismo.

Hay una serie de propiedades de los aislantes Mott, derivadas tanto de observaciones experimentales como teóricas, que no pueden atribuirse al ordenamiento antiferromagnético y, por lo tanto, constituyen el mottismo. Estas propiedades incluyen:

Transferencia de peso espectral en la escala Mott
Desaparición de la función Green de una sola partícula a lo largo de una superficie conectada en el espacio de impulso en la primera zona de Brillouin
Dos cambios de signo del coeficiente de Hall a medida que el dopaje electrónico pasa de a (los aisladores de banda tienen solo un cambio de signo en ) ${\ Displaystyle n = 0}$ ${\ Displaystyle n = 2}$ ${\ Displaystyle n = 1}$
La presencia de un bosón de carga (con la carga de un electrón) a bajas energías ${\ Displaystyle 2e}$ ${\ Displaystyle e <0}$
Un pseudogap de la mitad del llenado ( ) ${\ Displaystyle n = 1}$

Aplicaciones

Los aisladores Mott tienen un interés creciente en la investigación de física avanzada y aún no se comprenden completamente. Tienen aplicaciones en heteroestructuras magnéticas de película delgada y los fenómenos fuertemente correlacionados en la superconductividad de alta temperatura , por ejemplo.

Este tipo de aislante puede convertirse en conductor al cambiar algunos parámetros, que pueden ser composición, presión, deformación, voltaje o campo magnético. El efecto se conoce como una transición de Mott y se puede utilizar para construir transistores de efecto de campo , interruptores y dispositivos de memoria más pequeños que los posibles con materiales convencionales.

Ver también

Notas

Referencias

Laughlin, RB (1997). "Una crítica de dos metales". arXiv : cond-mat / 9709195 . Código bibliográfico : 1997cond.mat..9195L . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
Anderson, PW; Baskaran, G. (1997). "Una crítica de una crítica de dos metales ". arXiv : cond-mat / 9711197 . Código Bibliográfico : 1997cond.mat.11197A . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
Jördens, Robert; Strohmaier, Niels; Günter, Kenneth; Moritz, Henning; Esslinger, Tilman (2008). "Un aislante Mott de átomos fermiónicos en una red óptica". Naturaleza . 455 (7210): 204–207. arXiv : 0804.4009 . Código bibliográfico : 2008Natur.455..204J . doi : 10.1038 / nature07244 . PMID 18784720 . S2CID 4426395 .

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