모트 절연체

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모트 절연체는 기존의 밴드 이론에서 예측한 대로 전기를 전도할 것으로 기대되는 물질의 한 종류지만, 이러한 화합물은 절연체(특히 저온에서)로 판명된다. 이러한 절연체는 종래의 대역 이론에서는 고려하지 않는 강한 전자-전자 상호작용 때문에 고체의 대역 이론에 의해 정확하게 설명되지 못했다. 모트 전이란 금속에서 절연체로 이행하는 것으로, 전자 사이의 강한 상호작용에 의해 추진된다.[1] Mott 전환을 포착할 수 있는 가장 간단한 모델 중 하나는 Hubbard 모델이다.

Mott 절연체의 밴드갭은 3d 캐릭터와 같은 유사 캐릭터의 밴드 사이에 존재하는 반면, 충전 전달 절연체의 밴드갭은 음이온 상태와 양이온 상태 사이에 존재하는 반면,[2] NiO의 O 2p와 Ni 3d 밴드 사이에는 존재한다.[3]

역사

고형물의 밴드 이론은 재료의 다양한 전기적 특성을 기술하는데 매우 성공적이었지만, 1937년 얀 헨드리크 드 보어(Jan Hendrik de Boer)와 에버트 요하네스 윌렘 베르웨이는 밴드 이론에 의해 도체가 될 것으로 예측되는 다양한 전이 금속 산화물들이 절연체라고 지적했다.[4] 단위 셀당 전자 수가 홀수인 경우 발랑스 밴드는 부분적으로만 채워지기 때문에 페르미 레벨은 밴드 내에 있다. 밴드 이론에서, 이것은 그러한 물질은 금속이어야 한다는 것을 암시한다. 이러한 결론은 알려진 가장 강력한 절연체 중 하나인 CoO와 같은 몇 가지 경우에 실패한다.[1]

네빌 모트와 루돌프 페에렐스도 1937년 밴드 이론의 실패를 전자들간의 상호작용을 포함시킴으로써 설명할 수 있다고 예측했다.[5]

특히 1949년 모트는 절연체로서 NiO 모델을 제안하였는데, 여기서 전도는 공식을 기초로[6] 한다.

(Ni2+O2−)2 → Ni3+O2− + Ni1+O2−.

이러한 상황에서 전도를 막는 에너지 갭의 형성은 3d 전자 사이의 쿨롬 전위 U와 인접 원자 사이의 3d 전자 전송 적분 t 사이의 경쟁으로 이해할 수 있다(전송 적분은 엄격한 결합 근사치의 일부분이다). 총 에너지 갭은 그 다음이다.

Egap = U − 2zt,

여기서 z는 가장 가까운 원자 수입니다.

일반적으로 모트 절연체는 반발하는 쿨롱 전위 U가 에너지 갭을 발생시킬 정도로 클 때 발생한다. 모트 절연체의 가장 간단한 이론 중 하나는 1963년형 허바드 모델이다. U가 증가함에 따라 금속에서 모트 절연체로 교차하는 것은 이른바 다이너믹 평균장 이론 안에서 예측할 수 있다.

모티니스

모티즘은 모트 절연체를 완전히 설명하기 위해 필요한 반자성 순서 외에 추가 성분을 나타낸다. 즉, 우리는 다음과 같이 쓸지도 모른다: 반자성 질서 + 모티즘 = 모트 절연체.

따라서 모티즘은 단순히 반소성 탓으로 돌릴 수 없는 모트 절연체의 모든 성질을 설명하게 된다.

모트 절연체의 많은 성질은 실험적인 관찰과 이론적인 관찰 모두에서 파생되는데, 이는 반자성 질서에 기인할 수 없어 모트주의를 구성한다. 이러한 속성은 다음을 포함한다.

  • Mott 눈금에서의[7][8] 스펙트럼상 중량전달
  • 첫 번째 브릴루인 구역에서[9] 모멘텀 공간에서 연결된 표면을 따라 단일 입자 녹색 기능 소멸
  • 전자 도핑이 = 에서 n= n밴드 절연체는 = {\로 변경될 때 홀 계수의 두 부호 변화
  • 낮은 에너지에서[10][11] 전하 < 의 전하 사용) 보손의 존재
  • 절반 채우기(= [12]에서 유사 채우기

적용들

모트 절연체는 첨단 물리학 연구에 대한 관심이 높아지고 있으며, 아직 완전히 이해되지는 않았다. 예를 들어 그들은 박막 자기 이질구조와 고온 초전도성의 강한 상관관계 현상을 응용한다.[13][14][15][16]

이러한 종류의 절연체는 구성, 압력, 변형률, 전압 또는 자기장이 될 수 있는 일부 파라미터를 변경함으로써 도체가 될 수 있다. 그 효과는 Mott 전환으로 알려져 있으며, 기존 재료로 가능한 것보다 작은 전기장 효과 트랜지스터, 스위치 및 메모리 장치를 만드는 데 사용될 수 있다.[17][18][19]

참고 항목

메모들

  1. ^ Jump up to: a b Fazekas, Patrik (2008). Lecture notes on electron correlation and magnetism. World Scientific. pp. 147–150. ISBN 978-981-02-2474-5. OCLC 633481726.
  2. ^ 슬라이드를 강의하다
  3. ^ P. Kuiper; G. Gruizinga; J. Ghijsen; G.A. Sawatzky; H. Verweij (1987). "Character of Holes in LixNi1−xO2". Physical Review Letters. 62 (2): 221–224. Bibcode:1989PhRvL..62..221K. doi:10.1103/PhysRevLett.62.221. PMID 10039954.
  4. ^ de Boer, J. H.; Verwey, E. J. W. (1937). "Semi-conductors with partially and with completely filled 3d-lattice bands". Proceedings of the Physical Society. 49 (4S): 59. Bibcode:1937PPS....49...59B. doi:10.1088/0959-5309/49/4S/307.
  5. ^ Mott, N. F.; Peierls, R. (1937). "Discussion of the paper by de Boer and Verwey". Proceedings of the Physical Society. 49 (4S): 72. Bibcode:1937PPS....49...72M. doi:10.1088/0959-5309/49/4S/308.
  6. ^ Mott, N. F. (1949). "The basis of the electron theory of metals, with special reference to the transition metals". Proceedings of the Physical Society. Series A. 62 (7): 416–422. Bibcode:1949PPSA...62..416M. doi:10.1088/0370-1298/62/7/303.
  7. ^ 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.
  8. ^ Meinders, M. B. J.; Eskes, H.; Sawatzky, G. A. (1993-08-01). "Spectral-weight transfer: Breakdown of low-energy-scale sum rules in correlated systems". Physical Review B. American Physical Society (APS). 48 (6): 3916–3926. Bibcode:1993PhRvB..48.3916M. doi:10.1103/physrevb.48.3916. ISSN 0163-1829. PMID 10008840.
  9. ^ Stanescu, Tudor D.; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (2007-03-06). "Theory of the Luttinger surface in doped Mott insulators". Physical Review B. American Physical Society (APS). 75 (10): 104503. arXiv:cond-mat/0602280. Bibcode:2007PhRvB..75j4503S. doi:10.1103/physrevb.75.104503. ISSN 1098-0121.
  10. ^ Leigh, Robert G.; Phillips, Philip; Choy, Ting-Pong (2007-07-25). "Hidden Charge 2e Boson in Doped Mott Insulators". Physical Review Letters. 99 (4): 046404. arXiv:cond-mat/0612130v3. Bibcode:2007PhRvL..99d6404L. doi:10.1103/physrevlett.99.046404. ISSN 0031-9007. PMID 17678382.
  11. ^ Choy, Ting-Pong; Leigh, Robert G.; Phillips, Philip; Powell, Philip D. (2008-01-17). "Exact integration of the high energy scale in doped Mott insulators". Physical Review B. American Physical Society (APS). 77 (1): 014512. arXiv:0707.1554. Bibcode:2008PhRvB..77a4512C. doi:10.1103/physrevb.77.014512. ISSN 1098-0121.
  12. ^ Stanescu, Tudor D.; Phillips, Philip (2003-07-02). "Pseudogap in Doped Mott Insulators is the Near-Neighbor Analogue of the Mott Gap". Physical Review Letters. 91 (1): 017002. arXiv:cond-mat/0209118. Bibcode:2003PhRvL..91a7002S. doi:10.1103/physrevlett.91.017002. ISSN 0031-9007. PMID 12906566.
  13. ^ Kohsaka, Y.; Taylor, C.; Wahl, P.; et al. (August 28, 2008). "How Cooper pairs vanish approaching the Mott insulator in Bi2Sr2CaCu2O8+δ". Nature. 454 (7208): 1072–1078. arXiv:0808.3816. Bibcode:2008Natur.454.1072K. doi:10.1038/nature07243. PMID 18756248. S2CID 205214473.
  14. ^ Markiewicz, R. S.; Hasan, M. Z.; Bansil, A. (2008-03-25). "Acoustic plasmons and doping evolution of Mott physics in resonant inelastic x-ray scattering from cuprate superconductors". Physical Review B. 77 (9): 094518. Bibcode:2008PhRvB..77i4518M. doi:10.1103/PhysRevB.77.094518.
  15. ^ Hasan, M. Z.; Isaacs, E. D.; Shen, Z.-X.; Miller, L. L.; Tsutsui, K.; Tohyama, T.; Maekawa, S. (2000-06-09). "Electronic Structure of Mott Insulators Studied by Inelastic X-ray Scattering". Science. 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.
  16. ^ 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). "Momentum-Resolved Charge Excitations in a Prototype One-Dimensional Mott Insulator". Physical Review Letters. 88 (17): 177403. arXiv:cond-mat/0102485. Bibcode:2002PhRvL..88q7403H. doi:10.1103/PhysRevLett.88.177403. PMID 12005784. S2CID 30809135.
  17. ^ 뉴엔스, 데니스(2000년) "로직 및 메모리 응용을 위한 JMTFET(Junction mott transition effect Transition effect Transfer) 트랜지스터 및 스위치" http://www.google.com/patents/US6121642
  18. ^ Zhou, You; Ramanathan, Shriram (2013-01-01). "Correlated Electron Materials and Field Effect Transistors for Logic: A Review". Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 38 (4): 286–317. arXiv:1212.2684. Bibcode:2013CRSSM..38..286Z. doi:10.1080/10408436.2012.719131. ISSN 1040-8436. S2CID 93921400.
  19. ^ Son, Junwoo; et al. (2011-10-18). "A heterojunction modulation-doped Mott transistor". Applied Physics Letters. 110 (8): 084503–084503–4. arXiv:1109.5299. Bibcode:2011JAP...110h4503S. doi:10.1063/1.3651612. S2CID 27583830.

참조