전하 전달 절연체

충전-전송과 Mott-Hubbard 절연체 밴드 구조 비교: 컵레이트 대 니켈산.

전하 전달 절연체는 종래의 대역 이론에 따른 전도체로 예측되는 물질의 종류지만, 실제로는 전하 전달 과정으로 인한 절연체다.단열 성질이 단위 세포 사이에서 전자가 깡충깡충 뛰면서 발생하는 Mott 절연체와 달리, 전하 전달 절연체는 단위 세포 내의 원자 사이를 이동한다.Mott-Hubbard의 경우, 두 개의 인접한 금속 사이트(현장 쿨롱 상호작용 U) 사이에서 전자가 더 쉽게 전달된다. 여기서는 쿨롱 에너지 U에 해당하는 흥분제를 가지고 있다.

$d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ → d $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ - $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ n $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ + $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ , $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ = $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ = $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ $d^{n}d^{n}\rightarrow d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{dd}$ ${\$ d d {\ $dplaystyle d^{n^{n}}\오른쪽$ 화살표 $d^{n-1}d^{n+1},\quad \Delta E=U=U_{ddd$

전하 전달의 경우, 음이온(예: 산소) p 레벨에서 전하 전달 에너지 Δ:

$d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ → d $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ + $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ p $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ , $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ E $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ = $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ $d^{n}p^{6}\rightarrow d^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT}$ ${\$ d $^{n+1}p^{5},\quad \Delta E=\Delta _{CT$

U는 양이온 발란스 전자 사이의 반발/교환 효과에 의해 결정된다.Δ는 양이온과 음이온의 화학에 의해 조정된다.한 가지 중요한 차이점은 산소 p 홀 생성인데, 이는 '정상' ${\ce {O^2-}}$ ${\ce {O^2-}}$ - ${\$ 에서 이온 ${\ce {O-}}$ - ${\$ 상태로의 ${\ce {O^2-}}$ ${\ce {O-}}$ 변화에 해당한다.^[1]이 경우 리간드 홀은 ${\textstyle {\underline {L}}}$ L ${\textstyle {\underline {L}}}$ ${\$ 로 표시된다 ${\textstyle {\underline {L}}}$

Mott-Hubbard와 전하 전달 절연체를 구분하는 작업은 ZSA(Zaanen-Sawatzky-Alen) 방식을 사용하여 수행할 수 있다.^[2]

교환 상호 작용

Mott 절연체와 유사하게 우리는 또한 충전 전달 절연체의 supperex 변화를 고려해야 한다.하나의 기여는 모트의 경우와 유사하다: 하나의 전이 금속 부지에서 다른 전환 금속 부지로 d 전자를 깡충깡충 뛰다가 같은 방식으로 되돌아오는 것이다.이 프로세스는 다음과 같이 기록될 수 있다.

${\displaystyle d_{i}^{n}p^{6}d_{j}^{n}\rightarrow d_{i}^{n}p^{5}d_{j}^{n+1}\rightarrow d_{i}^{n-1}p^{6}d_{j}^{n+1}\rightarrow d_{i}^{n}p^{5}d_{j}^{n+1}\rightarr$ $ow d_{i}^{n}p^{6}d_{j}^{n$

이로 인해 교환 상수 $J=J_{dd}$ = $J=J_{dd}$ $J=J_{dd}$ ${\$ 와(비감소 d 레벨의 경우) 반소성 교환이 발생한다 $J=J_{dd}$

$J_{dd}={\frac {2t_{dd}^{2}}:{{{dd}}}={\cfrac {2t_{pd}^{4}}{\Delta _{CT}^{2}U_{ddddd}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

충전-전송 절연체

${\displaystyle d_{i}^{n}p^{6}d_{j}^{n}\rightarrow d_{i}^{n}p^{5}d_{j}^{n+1}\rightarrow d_{i}^{n+1}p^{4}d_{j}^{n+1}\rightarrow d_{i}^{n+1}p^{5}d_{j}^{n}\rightarr$ $ow d_{i}^{n}p^{6}d_{j}^{n$

이 공정은 또한 $J_{pd}$ 반자성 교환 $J_{pd}$ p $J_{pd}$ ${\$ :

$J_{pd}={\cfrac {4t_{pd}^{4}}{\Delta_{CT}^{2}\cdot \left(2\Delta _{CT}+U_{pp}\right)}}$

이 두 가지 가능성의 차이는 중간 상태로서, 첫 번째 교환을 위한 리간드 홀( $p^{6}\rightarrow p^{5}$ 6 $p^{6}\rightarrow p^{5}$ → p $p^{6}\rightarrow p^{5}$ ${\$ p $^{6}\오른쪽$ 화살표 $p^{5$ 과 두 번째 교환을 위한 리간드 홀( $p^{6}\rightarrow p^{4}$ 6 $p^{6}\rightarrow p^{4}$ → $p^{6}\rightarrow p^{4}$ $p^{6}\rightarrow p^{4}$ ${\$ p $^{4})$ 이 있다. $p^{6}\rightarrow p^{4}$

총 교환 에너지는 두 기여도의 합이다.

$J_{total}={\cfrac {2t_{pd}^{4}}{\Delta _{CT}^{2}}}\cdot \left({\cfrac {1}{U_{dd}}}+{\cfrac {1}{\Delta _{CT}+{\tfrac {1}{2}}U_{pp}}}\right)$ .

Depending on the ratio of $U_{dd}{\text{ and }}\left(\Delta _{CT}+{\tfrac {1}{2}}U_{pp}\right)$ , the process is dominated by one of the terms and thus the resulting state is either Mott-Hubbard or charge-transfer insulating.^[1]

참조

^ ^a ^b Khomskii, Daniel I. (2014). Transition Metal Compounds. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/cbo9781139096782. ISBN 978-1-107-02017-7.
^ Zaanen, J.; Sawatzky, G. A.; Allen, J. W. (1985-07-22). "Band gaps and electronic structure of transition-metal compounds". Physical Review Letters. 55 (4): 418–421. doi:10.1103/PhysRevLett.55.418. hdl:1887/5216.

[:0-1] Khomskii, Daniel I. (2014). Transition Metal Compounds. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/cbo9781139096782. ISBN 978-1-107-02017-7.

[2] Zaanen, J.; Sawatzky, G. A.; Allen, J. W. (1985-07-22). "Band gaps and electronic structure of transition-metal compounds". Physical Review Letters. 55 (4): 418–421. doi:10.1103/PhysRevLett.55.418. hdl:1887/5216.

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