Mott izolatör

Olarak Mott izolasyonu malzemeleri olarak anılır bant modeli aslında , elektriksel olarak iletken şekilde olabilir, ama deney gereken izolatörler kanıtlamaktadır. İsim , bu fenomeni ele alan İngiliz fizikçi Sir Nevill F. Mott'a dayanıyor . Bir örnek olarak Mott yalıtkan olan nikel (II) oksit .

hikaye

1974'te Mott, şerit modelinin merkezi varsayımının - her elektron bağımsız olarak hareket ettiği ve yalnızca ortalama potansiyele dayalı olarak diğer elektronların varlığını algıladığı - artık geçerli olmadığı madde durumlarını öngördü . Bunun nedeni , aynı yüke sahip parçacıklar arasındaki klasik Coulomb itilmesinden kaynaklanan elektronlar arasındaki hafif etkileşimlerdir . Atomların periyodik potansiyellerinde bir değişikliğe yol açarlar: bireysel potansiyel duvarlar artar. Bu, özellikle Coulomb eşiğinin ve yer değiştirmiş elektronların hassas bir dengede olduğu katılarda önemlidir. Potansiyelin şeklindeki veya yüksekliğindeki küçük değişiklikler bile içlerinde metal izolatör geçişlerine neden olur . İletim elektronları artık kristal içinde serbestçe hareket edemez . Tek tek atomlara bağlı uzamsal olarak lokalize parçacıklar gibi davranırlar ve bir yumurta kartonundaki yumurtalar gibi değişen enerji manzarasındaki potansiyel kuyucuklara yerleştirilirler. Malzeme bir yalıtkan haline gelir.

Mott izolatörleri, belirli koşullar altında elektronların birbirleriyle bireysel etkileşimi dahil olmak üzere, atom fiziğinin yanı sıra katı hal fiziğinin temel sorularını araştırmak için idealdir . Ayrıca, yüksek sıcaklık süperiletkenlerini açıklayan bazı teorilerde de rol oynarlar .

İmalat

Mott tipi metal izolatör bağlantıları, örneğin basıncı değiştirerek veya yabancı atomlarla katkılama yoluyla gerçekleştirilebilir . İletken olmayan bir numunedeki basınç artarsa, (iyonize) atomlar arasındaki mesafe küçülür. Serbest elektronların sayısı ve karşılıklı etkileri aynı ölçüde artar. Malzemeye bağlı kritik basınç durumunda, iletim elektronları aniden serbest kalır ve katı metal bir iletken haline gelir. Silisyum karbür veya galyum arsenit gibi yarı iletkenler uygun malzemelerle takviye edilirse , elektron sayısı da artar. Şerit modeline göre bir metal yaratılmış olmalı, ancak Mott modeline göre elektronlar arasındaki etkileşimler malzemeyi bir yalıtkan haline getiriyor.

İnce yüzey katmanları sayesinde tamamen farklı bir Mott izolatör sınıfı gerçekleştirilebilir. Büyük katılarda, elektronların yerelleşme eğilimi genellikle kazanır ve bu da onları elektrik iletkenleri yapar. Bununla birlikte, elektronlar uzamsal olarak sınırlandırılmışsa, örneğin bir yarı iletkenin son derece ince yüzey tabakasıyla, bir Mott yalıtkanı oluşturulmalıdır. Bu tür malzemeler için sistematik bir araştırma 1990'larda başladı. Klasik bir deney, silikon bir yüzey üzerinde bir Mott izolatörünün üretilmesidir. İmplante edilen bor, başlangıçta elektronları tüketir , ardından Bloch-Wilson modeline göre metalik iletkenlik elde etmek için yeterli elektron elde edilene kadar potasyum emilir. Elektronik konfigürasyonu incelemek için, potasyum kaplı silikon yüzey, elektronları malzemeden dışarı atan (kısa dalga) ışıkla ışınlanır. Yayılan fotoelektronların enerji dağılımı , bir yalıtkanın özelliği olan dolu ve boş enerji bantları arasında net bir bant boşluğu gösterir .

Bose-Einstein yoğuşmasının bir Mott izolatörüne dönüştürülmesi

2002 yılında, Münihli bilim adamları ilk kez bir Bose-Einstein yoğunlaşmasının (BEC) mutlak sıcaklık sıfıra yakın bir Mott izolatörüne dönüştürüldüğünü bildirdi . Araştırmacılar, süperakışkan kuantum kolektifini üç boyutlu bir lazer ışınları ağında yakaladılar ve üyelerini tam olarak tanımlanmış ızgara konumlarına ittiler. Topluluk, ayrı ayrı dalga oluklarında kilitlenmiş olan atomlara bölündü. Lazer ızgarayla, enerji manzarasının derinliği ve periyodikliği de istenildiği gibi değiştirilebilir ve böylece Mott izolatörü ve bir Bose-Einstein yoğunlaşması arasında ileri geri değiştirilebilir. Anahtarlama ve hesaplama öğeleri olarak bu tür Mott izolatörleri, kuantum bilgisayara giden yolda yeni perspektifler açar .

Ayrıca bakınız

• Şarj transfer izolatörü

Edebiyat

• Nevill F. Mott: Metal İzolatör Geçişleri . Taylor & Francis, Londra 1974, ISBN 0-85066-783-6 . 
• C. Stephen Hellberg, Steven C. Erwin: Silikon Yüzeyde Kuvvetle İlişkili Elektronlar: Bir Mott Yalıtkan Teorisi . İçinde: Phys. Rev. Lett. bant 83 , hayır. 5 , 1999, s. 1003-1006 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.83.1003 , arxiv : cond-mat / 9812061 . 
• Markus Greiner , Olaf Mandel, Tilman Esslinger , Theodor W. Hänsch , Immanuel Bloch : Bir ultra soğuk atom gazında süperakışkandan Mott yalıtkanına kuantum faz geçişi . İçinde: Doğa . bant 415 , hayır. 6867 , 2002, s. 39-44 , doi : 10.1038 / 415039a (İngilizce). 
• ZY Meng, TC Lang, S. Wessel, FF Assaad, A. Muramatsu : İki boyutlu ilişkili Dirac fermiyonlarında ortaya çıkan kuantum spin sıvısı . İçinde: Doğa . bant 464 , 2010, s. 847–851 , doi : 10.1038 / nature08942 , arxiv : 1003.5809 (İngilizce). 

Bireysel kanıt

1. ↑ Patrick A. Lee, Naoto Nagaosa, Xiao-Gang Wen: Mott izolatörünün katkısı : Yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin fiziği . In: Modern Fizik İncelemeleri . bant 78 , hayır. 1 , 6 Ocak 2006, s. 17-85 , doi : 10.1103 / RevModPhys.78.17 , arxiv : cond-mat / 0410445 .