Los aisladores Mott son una clase de materiales que deberían conducir electricidad según las teorías de bandas convencionales , pero de hecho son aislantes cuando se miden (particularmente a bajas temperaturas). Este efecto se debe a las interacciones electrón- electrón, que no se consideran en la teoría de bandas convencional.
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, [1] como entre las bandas O 2p y Ni 3d en NiO . [2]
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 predice que serán conductores por la teoría de bandas (porque tienen una número impar de electrones por celda unitaria) son aislantes. [3] Nevill Mott y Rudolf Peierls entonces (también en 1937) predijeron que esta anomalía se puede explicar al incluir interacciones entre electrones. [4]
En 1949, en particular, Mott propuso un modelo para NiO como aislante, donde la conducción se basa en la fórmula [5]
- (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
- Espacio E = 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 de Mott [6] [7]
- Desaparición de la función Green de una sola partícula a lo largo de una superficie conectada en el espacio de momento en la primera zona de Brillouin [8]
- Dos cambios de signo del coeficiente de Hall a medida que el dopaje electrónico va de a (los aisladores de banda tienen solo un cambio de signo en)
- La presencia de una carga (con la carga de un electrón) bosón a bajas energías [9] [10]
- A un pseudogap del medio llenado () [11]
Aplicaciones
Los aisladores Mott son de creciente interés 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. [12] [13] [14] [15]
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. [16] [17] [18]
Ver también
- Teoría dinámica del campo medio
- Estructura de banda electrónica
- Modelo Hubbard
- Transición metal-aislante
- Criterio de Mott
- Aproximación estrechamente vinculante
- Salto de rango variable (Mott)
Notas
- ^ diapositivas de conferencias
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- ^ Mott, NF (1949). "La base de la teoría electrónica de los metales, con especial referencia a los metales de transición". Actas de la Sociedad de Física . Serie A. 62 (7): 416–422. Código Bibliográfico : 1949PPSA ... 62..416M . doi : 10.1088 / 0370-1298 / 62/7/303 .
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Referencias
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