Переход металл - диэлектрик. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Переход металл - диэлектрик

Переход металл - диэлектрик - фазовый переход, сопровождающийся изменением величины и характера электропроводности при изменении температуры Т, давления р, магн. поля Нили состава вещества. П. м. - д. наблюдаются в ряде твёрдых тел, иногда в жидкостях и газах (плотных парах металлов). Проводимость

при П. м. - д. может меняться сильно (в 10⁷ раз в V₂O₃, в 10¹⁰ раз в нестехиометричном ЕuО). П. м. - д. легко идентифицируется, если он является фазовым переходом первого рода. В случае перехода 2-го рода классификация его как П. м. - д. часто затруднительна и условна, т. к. при

проводимость

по обе стороны перехода и в самой точке перехода непрерывна. Строгое же разделение веществ на металлы и диэлектрики (полупроводники)можно дать только при Т = 0К: у металлов при Т = 0К

у диэлектриков

С ростом Т в металлах обычно сопротивление растёт, а в диэлектриках и полупроводниках падает.
В стандартной зонной схеме твёрдых тел в диэлектриках и полупроводниках заполненные зоны отделены от пустых запрещённой зоной (энерге-тич. щель)

а в металлах есть зоны, заполненные частично, и электроны могут двигаться по этим зонам в слабом электрич. поле (см. Зонная теория ).Структура зон в одноэлектронном приближении связана с симметрией кристаллич. решётки. П. м. - д. может быть связан с изменением решётки, т. е. со структурным фазовым переходом. Такова природа П. м. - д. во мн. квазиодномерных соединениях и квазидвумерных соединениях (слоистых). В этом случае переход наз. Пайерлса переходом или переходом с образованием волны зарядовой плотности. С изменением симметрии решётки связаны П. м. - д. и в др. веществах, напр. переход белого олова в серое ("оловянная чума"). С изменением ближнего порядка связаны П. м. - д., происходящие при плавлении мн. полупроводников (см. Дальний и ближний порядок ).Так, в Ge и Si, имеющих в твёрдой фазе решётку типа алмаза, при плавлении меняется ближний порядок и они становятся жидкими металлами.
Уширением разрешённых зон и исчезновением энер-гетич. щели, обусловленными изменением симметрии решётки, обычно объясняют и металлизацию мн. диэлектриков и полупроводников при высоких давлениях. Возможно, этим определяется наличие металлич. ядра в недрах Земли.
Во мн. веществах наличие диэлектрич. осн. состояния (при Т - 0 К) и П. м. - д. не объясняются одноэлектронной зонной схемой и связаны с межэлектронным взаимодействием. Напр., во мн. соединениях переходных и редкоземельных металлов (лантаноидов)электроны внутренних, частично заполненных d- или f-оболочек оказываются локализованными в ионном остове, и перенос их на соседние ионы, требующийся для появления металлич. проводимости, невозможен вследствие большого проигрыша в энергии межэлектронного взаимодействия (перенесённый "лишний" электрон сильно отталкивается от уже имеющегося на ионе "своего" локализов. электрона). Вещества, являющиеся диэлектриками по этой причине, наз. моттовскими диэлектриками (или диэлектриками Мотта - Хаббарда). К ним относятся, напр., оксиды переходных металлов типа NiO, СоО и т. д. П. м. - д. в подобных системах может быть связан с исчезновением мотт - хаббардовской щели, напр. при изменении давления или температуры. Видимо, такова в осн. природа П. м. - д. в V₂O₃ и в сходных соединениях, хотя определ. вклад в переход здесь может давать и взаимодействие электронов с решёткой. В общем случае выделение осн. причины П. м. - д. часто затруднительно, т. к., по-видимому, в переход дают вклад разные механизмы. Если П. м. - д. имеет характер моттовского, то он обычно тесно связан с изменением магн. свойств вещества, т. к. локализов. электроны обладают локализов. магн. моментом. Поэтому вещества в фазе моттовского диэлектрика обычно имеют магн. упорядочение (как правило, антиферромагнитное).
В неупорядоченных системах (неупорядоченные сплавы, сильнолегиров. полупроводники, аморфные вещества) состояние электрона, движущегося в случайном (хаотич.) потенциале, может оказаться локализованным в пространстве, несмотря на то, что его энергетич. спектр непрерывен (андерсоновская локализация). Соответственно подвижность электрона обращается в нуль, и вещество может оказаться диэлектриком. В этих случаях П. м. - д. (или обратный переход) может быть вызван изменением степени неупорядоченности системы или изменением концентрации электронов (химического потенциала), если уровень Ферми пересечёт т. н. порог подвижности и выйдет в область делокализов. состояний.
Явление П. м. - д. используется на практике (термисторы и резисторы, устройства для записи и хранения информации и т. д.).

Литература по

Мотт Н. Ф., Переходы металл - изолятор, пер. с англ., М., 1979; Бугаев А. А., Захарченя Б. П., Чудновский Ф. А., Фазовый переход металл - полупроводник и его применение, Л., 1979.

Д. И. Хомский.

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира