Isolador Mott - Mott insulator

Os isoladores de Mott são uma classe de materiais que devem conduzir eletricidade conforme previsto pelas teorias de bandas convencionais , mas esses compostos acabam sendo isolantes (particularmente em baixas temperaturas). Esses isoladores não foram corretamente descritos pelas teorias de bandas de sólidos devido a fortes interações elétron-elétron , que não são consideradas na teoria de bandas convencional. A transição de Mott é uma transição de um metal para um isolante, impulsionada pelas fortes interações entre os elétrons. Um dos modelos mais simples que podem capturar a transição de Mott é o modelo de Hubbard .

O bandgap em um isolador Mott existe entre bandas de caráter semelhante, como 3d, enquanto que o bandgap em isoladores de transferência de carga existe entre os estados ânion e catiônico, como entre as bandas O 2p e Ni 3d em NiO .

História

Embora a teoria de bandas de sólidos tenha tido muito sucesso na descrição de várias propriedades elétricas de materiais, em 1937 Jan Hendrik de Boer e Evert Johannes Willem Verwey apontaram que uma variedade de óxidos de metais de transição previstos como condutores pela teoria de bandas são isolantes. Com um número ímpar de elétrons por célula unitária, a banda de valência é apenas parcialmente preenchida, então o nível de Fermi fica dentro da banda. Pela teoria da banda , isso implica que tal material deve ser um metal. Esta conclusão falha em vários casos, como, por exemplo, CoO , um dos isoladores mais fortes conhecidos.

Nevill Mott e Rudolf Peierls também em 1937 previram que o fracasso da teoria de bandas pode ser explicado pela inclusão de interações entre elétrons.

Em 1949, em particular, Mott propôs um modelo para o NiO como isolante, onde a condução é baseada na fórmula

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

Nesta situação, a formação de um gap de energia impedindo a condução pode ser entendida como a competição entre o potencial de Coulomb U entre 3 d elétrons e a integral de transferência t de 3 d elétrons entre átomos vizinhos (a integral de transferência é uma parte da ligação forte aproximação). A lacuna total de energia é então

E _gap = U - 2 zt ,

onde z é o número de átomos vizinhos mais próximos.

Em geral, os isoladores de Mott ocorrem quando o potencial repulsivo de Coulomb U é grande o suficiente para criar um gap de energia. Uma das teorias mais simples dos isoladores de Mott é o modelo 1963 de Hubbard . O cruzamento de um metal para um isolador de Mott conforme U é aumentado, pode ser previsto dentro da chamada teoria do campo médio dinâmico .

Mancha

O mottismo denota o ingrediente adicional, além da ordem antiferromagnética , que é necessário para descrever completamente um isolador Mott. Em outras palavras, poderíamos escrever: ordem antiferromagnética + mottismo = isolador de Mott .

Assim, o mottismo é responsável por todas as propriedades dos isoladores de Mott que não podem ser atribuídas simplesmente ao antiferromagnetismo.

Existem várias propriedades dos isoladores de Mott, derivadas de observações experimentais e teóricas, que não podem ser atribuídas ao ordenamento antiferromagnético e, portanto, constituem mottismo. Essas propriedades incluem:

Transferência de peso espectral na escala Mott
Desaparecimento da função verde de partícula única ao longo de uma superfície conectada no espaço de momento na primeira zona de Brillouin
Duas mudanças de sinal do coeficiente de Hall conforme o doping eletrônico vai de para ( isoladores de banda têm apenas uma mudança de sinal em ) ${\ displaystyle n = 0}$ ${\ displaystyle n = 2}$ ${\ displaystyle n = 1}$
A presença de um bóson de carga (com a carga de um elétron) em baixas energias ${\ displaystyle 2e}$ ${\ displaystyle e <0}$
Um pseudogap longe da metade do preenchimento ( ) ${\ displaystyle n = 1}$

Formulários

Os isoladores Mott são de crescente interesse em pesquisas de física avançada e ainda não são totalmente compreendidos. Eles têm aplicações em heteroestruturas magnéticas de filme fino e os fortes fenômenos correlacionados em supercondutividade de alta temperatura , por exemplo.

Este tipo de isolante pode se tornar um condutor alterando alguns parâmetros, que podem ser composição, pressão, deformação, tensão ou campo magnético. O efeito é conhecido como transição Mott e pode ser usado para construir transistores de efeito de campo , interruptores e dispositivos de memória menores do que os possíveis com materiais convencionais.

Veja também

Notas

Referências

Laughlin, RB (1997). "A Critique of Two Metals". arXiv : cond-mat / 9709195 . Bibcode : 1997cond.mat..9195L . Citar diário requer |journal=( ajuda )
Anderson, PW; Baskaran, G. (1997). "A Critique of A Critique of Two Metals ". arXiv : cond-mat / 9711197 . Bibcode : 1997cond.mat.11197A . Citar diário requer |journal=( ajuda )
Jördens, Robert; Strohmaier, Niels; Günter, Kenneth; Moritz, Henning; Esslinger, Tilman (2008). "Um isolador Mott de átomos fermiônicos em uma rede óptica". Nature . 455 (7210): 204–207. arXiv : 0804.4009 . Bibcode : 2008Natur.455..204J . doi : 10.1038 / nature07244 . PMID 18784720 . S2CID 4426395 .

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