Пайерлса переход - структурный фазовый переход металл - диэлектрик в квазиодномерных соединениях, при к-ром
формируются периодич. в пространстве смещения ионов из их положения равновесия
в металлич. фазе. Смещения сопровождаются перераспределением электронной
плотности (см. Волны зарядовой плотности [1, 3]). В квазиодномерных
кристаллах с цепочечной структурой атомов (или молекул) электроны проводимости
свободно двигаются вдоль цепочек из-за хорошего перекрытия волновых электронных
функций соседних атомов о цепочке, но движение электронов между цепочками
затруднено [4].
Для одной цепочки "поверхность" Ферми
электронов проводимости состоит из двух точек в пространстве одномерных
волновых векторов k =kF
(kF - фермнеи-ский импульс). Эти точки совмещаются друг
с другом при переносе на величину 2kF. Поэтому смещения
ионов с одномерным волновым вектором 2kF (пайерлсовские
смещения) создают диэлектрич. щель на поверхности Ферми (в точкахkF),
к-рая приводит к понижению энергий электронов вблизи щели и к понижению
полной энергии электронной системы (рис. 1). Это понижение и является причиной
П. п.
П. п. проявляется в подавлении проводимости
и парамагн. восприимчивости электронов при охлаждении кристаллов ниже точки
перехода.
Рис. 1. Энергетический спектр электронов в пайерлсовском диэлектрике (сплошные линии) и в металлической фазе (пунктир).
Из-за движения электронов между цепочками, а также из-за электростатич. взаимодействия волн зарядовой плотности на разных цепочках пайерлсовские смещения ниже точки фазового перехода упорядочиваются трёхмерным образом. Поверхность Ферми в этом случае состоит из двух участков вблизи точекkF. Эти участки совмещаются при параллельном переносе на трёхмерный вектор Q, компонента к-рого вдоль цепочек равна 2kF (рис. 2), Наиб. часто волны зарядовой плотности соседних цепочек находятся в противофазе. Однако компонента вектора О вдоль цепочек всегда близка к 2kF, причём величина 2kF пропорц. плотности электронов проводимости на цепочке. Связь вектора Q с плотностью электронов проводимости на цепочках выявляет электронную природу П. п.
Рис. 2. Поверхность Ферми в квазиодномерном металле; пунктир показывает поверхность Ферми без учёта движения электронов между цепочками; переход на вектор Q смещает правую и левую части поверхности Ферми. Ось х направлена вдоль цепочек.
Для пайерлсовского диэлектрика характерны нелинейные эффекты в зависимости электрич. тока f от приложенного электрич. поля. Для трихалькогенидов переходных металлов эти эффекты проявляются в полях Е Ес, где Ес - пороговое поле, мин. значение к-рого ~ 0,01 - 1 В/см. Вблизи Ес с ростом Е величина dE/dI падает и появляется периодически осциллирующая во времени компонента электрич. тока. Интерпретация этого эффекта основана на концепции фрелихов-ской коллективной моды, специфической для состояния с волной зарядовой плотности.
Л. H. Будаевский