Material fuertemente correlacionado
Los materiales fuertemente correlacionados son una amplia clase de compuestos que incluyen aislantes y materiales electrónicos, y muestran propiedades electrónicas y magnéticas inusuales (a menudo tecnológicamente útiles) , como transiciones metal-aislante , comportamiento de fermiones pesados , semimetalicidad y separación de carga de espín . La característica esencial que define a estos materiales es que el comportamiento de sus electrones o espinones no puede describirse de manera efectiva en términos de entidades que no interactúan. [1] Los modelos teóricos de la estructura electrónica ( fermiónica ) de materiales fuertemente correlacionados deben incluir electrónica (fermiónico ) correlación para ser exactos. Recientemente, la etiqueta de materiales cuánticos también se usa para referirse a materiales fuertemente correlacionados, entre otros.
Muchos óxidos de metales de transición pertenecen a esta clase [2] y pueden subdividirse según su comportamiento, por ejemplo , materiales de alta T c , espintrónicos , multiferroicos , aisladores de Mott , materiales de espín de Peierls , materiales de fermiones pesados , materiales de cuasi-baja dimensión, etc. El efecto individual más intensamente estudiado es probablemente la superconductividad a alta temperatura en cupratos dopados , por ejemplo, La 2−x Sr x CuO 4. Otros fenómenos magnéticos o de ordenación y transiciones de fase inducidas por la temperatura en muchos óxidos de metales de transición también se agrupan bajo el término "materiales fuertemente correlacionados".
Por lo general, los materiales fuertemente correlacionados tienen capas de electrones d o f incompletamente llenas con bandas de energía estrechas. Ya no se puede considerar ningún electrón en el material como si estuviera en un " mar " del movimiento promedio de los demás (también conocido como teoría del campo medio ). Cada electrón tiene una influencia compleja sobre sus vecinos.
El término correlación fuerte se refiere al comportamiento de los electrones en los sólidos que no está bien descrito (a menudo ni siquiera de una manera cualitativamente correcta) mediante teorías simples de un electrón como la aproximación de densidad local (LDA) de la teoría funcional de la densidad o Hartree . –Teoría de Fock. Por ejemplo, el material aparentemente simple NiO tiene una banda 3 d parcialmente llena (el átomo de Ni tiene 8 de 10 electrones 3 d posibles ) y, por lo tanto, se espera que sea un buen conductor. Sin embargo, la fuerte repulsión de Coulomb (un efecto de correlación) entre los electrones d convierte al NiO en un aislante de banda ancha. Por lo tanto, los materiales fuertemente correlacionadostienen estructuras electrónicas que no son simplemente como electrones libres ni completamente iónicos, sino una mezcla de ambos.
Se han propuesto y desarrollado extensiones del LDA (LDA+U, GGA, SIC, GW, etc.), así como modelos simplificados hamiltonianos (p. ej ., modelos tipo Hubbard ) para describir fenómenos que se deben a una fuerte correlación electrónica. Entre ellos, la teoría del campo medio dinámico captura con éxito las características principales de los materiales correlacionados. Los esquemas que usan tanto LDA como DMFT explican muchos resultados experimentales en el campo de los electrones correlacionados.
Experimentalmente, la espectroscopia óptica, las espectroscopias de electrones de alta energía , la fotoemisión resonante y, más recientemente, la dispersión de rayos X resonante inelástica (dura y blanda) ( RIXS ) y la espectroscopia de neutrones se han utilizado para estudiar la estructura electrónica y magnética de materiales fuertemente correlacionados. Las firmas espectrales vistas por estas técnicas que no se explican por la densidad de estados de un electrón a menudo se relacionan con fuertes efectos de correlación. Los espectros obtenidos experimentalmente se pueden comparar con las predicciones de ciertos modelos o se pueden usar para establecer restricciones a los conjuntos de parámetros. Uno ha establecido, por ejemplo, un esquema de clasificación de óxidos de metales de transición dentro del llamado diagrama de Zaanen-Sawatzky-Allen .[3]
