धातु-इन्सुलेटर संक्रमण

धातु-इन्सुलेटर संक्रमण एक धातु (अच्छी विद्युत प्रतिरोधकता और विद्युत आवेशों की चालकता वाली सामग्री) से एक इन्सुलेटर (विद्युत) (सामग्री जहां आवेशों की चालकता जल्दी से दब जाती है) से एक सामग्री का संक्रमण है। तापमान, जैसे विभिन्न परिवेश मापदंडों को ट्यून करके इन संक्रमणों को प्राप्त किया जा सकता है। दबाव या, अर्धचालक, डोपिंग (सेमीकंडक्टर) के मामले में।

इतिहास
1928/1929 में हंस बेथे, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड और फेलिक्स बलोच द्वारा धातुओं और इंसुलेटर के बीच बुनियादी अंतर प्रस्तावित किया गया था। यह कंडक्टिंग मेटल्स (आंशिक रूप से भरे बैंड के साथ) और नॉनकंडक्टिंग इंसुलेटर के बीच अंतर करता है। हालांकि, 1937 में जान हेंड्रिक डी बोअर और एवर्ट वर्वे ने बताया कि आंशिक रूप से भरे डी-बैंड वाले कई संक्रमण-धातु ऑक्साइड (जैसे NiO) खराब कंडक्टर थे, जो अक्सर इन्सुलेट करते थे। उसी वर्ष, रुडोल्फ पीयरल्स द्वारा इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के महत्व को बताया गया था। तब से, इन सामग्रियों के साथ-साथ एक धातु और एक इन्सुलेटर के बीच एक संक्रमण का प्रदर्शन करने वाले अन्य लोगों का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, उदा। नेविल फ्रांसिस मोट द्वारा, जिनके नाम पर इंसुलेटिंग स्टेट का नाम मोट इंसुलेटर रखा गया है।

1940 के दशक में पाया जाने वाला पहला धातु-इन्सुलेटर संक्रमण मैग्नेटाइट का वेरवे संक्रमण था।

सैद्धांतिक विवरण
सॉलिड स्टेट फिजिक्स की शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना फर्मी स्तर को इंसुलेटर के लिए ऊर्जा अंतराल में और धातुओं के लिए चालन बैंड में झूठ बोलने की भविष्यवाणी करती है, जिसका अर्थ है कि आंशिक रूप से भरे बैंड वाले यौगिकों के लिए धातु का व्यवहार देखा जाता है। हालांकि, कुछ यौगिक पाए गए हैं जो आंशिक रूप से भरे बैंड के लिए भी इन्सुलेट व्यवहार दिखाते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक सहसंबंध | इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के कारण है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को गैर-बातचीत के रूप में नहीं देखा जा सकता है। Mott प्रति साइट केवल एक इलेक्ट्रॉन के साथ एक जाली मॉडल पर विचार करता है। बातचीत को ध्यान में रखे बिना, प्रत्येक साइट पर दो इलेक्ट्रॉनों का कब्जा हो सकता है, एक स्पिन (भौतिकी) के साथ और एक नीचे स्पिन के साथ। बातचीत के कारण इलेक्ट्रॉनों को तब एक मजबूत कूलम्ब प्रतिकर्षण महसूस होगा, जिसके बारे में मॉट ने तर्क दिया कि बैंड दो में विभाजित हो जाता है। प्रति साइट एक इलेक्ट्रॉन होने से निचला बैंड भर जाता है जबकि ऊपरी बैंड खाली रहता है, जो बताता है कि सिस्टम एक इन्सुलेटर बन जाता है। इस इंटरेक्शन-चालित इंसुलेटिंग स्टेट को Mott इंसुलेटर कहा जाता है। हबर्ड मॉडल एक साधारण मॉडल है जो आमतौर पर धातु-इन्सुलेटर ट्रांज़िशन और एमओटी इंसुलेटर के गठन का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्राथमिक तंत्र
धातु-इन्सुलेटर संक्रमण (एमआईटी) को उनके संक्रमण की उत्पत्ति के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। सबसे आम एमआईटी गहन इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध से उत्पन्न होता है जैसा कि एमओटी-हबर्ड एमआईटी द्वारा वर्णित है।

अन्य अवसरों पर, इलेक्ट्रॉन-फोनन इंटरैक्शन के माध्यम से स्वयं जाली एक MIT को जन्म दे सकती है जिसे Peierls MIT के रूप में जाना जाता है। इस Peierls इन्सुलेटर का एक उदाहरण नीला कांस्य K है0.3राँभना3, जो T = 180 K पर MIT से गुजरता है।

धातुओं में विसंवाहक व्यवहार विकृतियों और जाली दोषों से भी उत्पन्न हो सकता है, जिसके संक्रमण को एंडरसन एमआईटी के रूप में जाना जाता है।

ध्रुवीकरण तबाही
ध्रुवीकरण आपदा मॉडल एक इन्सुलेटर से धातु में सामग्री के संक्रमण का वर्णन करता है। यह मॉडल एक ठोस में इलेक्ट्रॉनों को ऑसिलेटर के रूप में कार्य करने के लिए मानता है और इस संक्रमण के होने की स्थिति सामग्री की प्रति इकाई मात्रा ऑसिलेटर की संख्या से निर्धारित होती है। चूँकि प्रत्येक दोलक की आवृत्ति (ω0) हम एक ठोस के ढांकता हुआ कार्य का वर्णन कर सकते हैं,

ε(ω) = 1+(Ne2/ई0एम)/[ओ02-(नहीं2/3e0एम) -ओ2-iω/tao] (1)

जहां ε(ω) परावैद्युत फलन है, N प्रति इकाई आयतन में दोलित्रों की संख्या है, ω0 मौलिक दोलन आवृत्ति है, m दोलक द्रव्यमान है, और ω उत्तेजना आवृत्ति है।

धातु होने के लिए सामग्री के लिए, परिभाषा के अनुसार उत्तेजना आवृत्ति (ω) शून्य होनी चाहिए, जो तब हमें स्थिर ढांकता हुआ स्थिरांक देता है,

εs = 1+(सं2/ई0एम)/[ओ02-(नहीं2/3e0एम)] (2)

जहां εs स्थिर ढांकता हुआ स्थिरांक है। यदि हम प्रति इकाई आयतन में ऑसिलेटरों की संख्या को अलग करने के लिए समीकरण (2) को पुनर्व्यवस्थित करते हैं तो हमें ऑसिलेटर्स (N) की महत्वपूर्ण सांद्रता मिलती हैc) जिस पर ईs अनंत हो जाता है, एक धात्विक ठोस और एक इन्सुलेटर से एक धातु में संक्रमण का संकेत देता है।

एनc = 3ई0एमω02/ई2 (3)

यह अभिव्यक्ति एक सीमा बनाती है जो एक इन्सुलेटर से धातु तक सामग्री के संक्रमण को परिभाषित करती है। इस घटना को ध्रुवीकरण तबाही के रूप में जाना जाता है।

ध्रुवीकरण आपदा मॉडल यह भी सिद्धांत देता है कि, उच्च पर्याप्त घनत्व के साथ, और इस प्रकार कम पर्याप्त मोलर आयतन के साथ, कोई भी ठोस चरित्र में धात्विक बन सकता है। यह अनुमान लगाना कि कोई सामग्री धात्विक होगी या इंसुलेटिंग R/V अनुपात लेकर की जा सकती है, जहाँ R दाढ़ की अपवर्तकता है, जिसे कभी-कभी A द्वारा दर्शाया जाता है, और V मोलर आयतन है। ऐसे मामलों में जहां आर/वी 1 से कम है, सामग्री में गैर-धात्विक, या इन्सुलेट गुण होंगे, जबकि एक से अधिक आर/वी मूल्य धातु के चरित्र का उत्पादन करता है।

अग्रिम पठन

 * http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i4/p1039_1
 * http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i4/p1039_1
 * http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i4/p1039_1