Сильно коррелированный материал - Strongly correlated material

Структура перовскита из BSCCO , A высокотемпературный сверхпроводник и сильно коррелированы материал.

Сильно коррелированные материалы представляют собой широкий класс соединений, в который входят изоляторы и электронные материалы, и демонстрируют необычные (часто технологически полезные) электронные и магнитные свойства , такие как переходы металл-изолятор , поведение тяжелых фермионов , полуметалличность и разделение спиновых зарядов . Существенная особенность, которая определяет эти материалы, заключается в том, что поведение их электронов или спинонов не может быть эффективно описано в терминах невзаимодействующих сущностей. Теоретические модели электронной ( фермионной ) структуры сильно коррелированных материалов должны включать электронную ( фермионную ) корреляцию, чтобы быть точными. В последнее время метка Quantum Materials также используется для обозначения, среди прочего, сильно коррелированных материалов.

Оксиды переходных металлов

Многие оксиды переходных металлов , принадлежат к этому классу , которые могут быть подразделены в соответствии с их поведением, например , с высоким Т с , спинтронными материалами , мультиферроика , Mott изоляторы , спиновыми пайерлсовскими материалы, тяжелофермионные материалы, квази-низкоразмерными материалами и т.д. Одиночным Наиболее интенсивно изучаемым эффектом, вероятно, является высокотемпературная сверхпроводимость в легированных купратах , например La 2 − x Sr x CuO 4 . Другие явления упорядочения или магнитные явления и температурно-индуцированные фазовые переходы во многих оксидах переходных металлов также объединяются под термином «сильно коррелированные материалы».

Электронные структуры

Как правило, сильно коррелированные материалы не полностью заполнены d - или е - электронные оболочки с узкими энергетическими зонами. Никто больше не может рассматривать какой-либо электрон в материале как находящийся в « море » усредненного движения других (также известное как теория среднего поля ). Каждый отдельный электрон оказывает комплексное влияние на своих соседей.

Термин сильная корреляция относится к поведению электронов в твердых телах, которое плохо описывается (часто даже не качественно) простыми одноэлектронными теориями, такими как приближение локальной плотности (LDA) теории функционала плотности или Хартри. –Теория Фока. Например, на первый взгляд простой материал NiO имеет частично заполненную 3 d -зону (атом Ni имеет 8 из 10 возможных 3 d -электронов), и поэтому можно ожидать, что он будет хорошим проводником. Однако сильный кулоновское отталкивание (корреляция эффект) между д -электронами делает NiO вместо широкоэкранного запрещенной зоны изолятора. Таким образом, сильно коррелированные материалы имеют электронные структуры, которые не являются ни просто свободными электронами, ни полностью ионными, а представляют собой смесь того и другого.

Теории

Расширения LDA (LDA + U, GGA, SIC, GW и т. Д.), А также упрощенные модели- гамильтонианы (например, модели типа Хаббарда ) были предложены и разработаны для описания явлений, которые происходят из-за сильной электронной корреляции. Среди них динамическая теория среднего поля успешно фиксирует основные особенности коррелированных материалов. Схемы, в которых используются как LDA, так и DMFT, объясняют многие экспериментальные результаты в области коррелированных электронов.

Структурные исследования

Экспериментально оптическая спектроскопия, спектроскопия электронов высоких энергий , резонансная фотоэмиссия , а в последнее время - резонансное неупругое (жесткое и мягкое) рентгеновское рассеяние ( RIXS ) и нейтронная спектроскопия использовались для изучения электронной и магнитной структуры сильно коррелированных материалов. Наблюдаемые этими методами спектральные сигнатуры, которые не объясняются одноэлектронной плотностью состояний, часто связаны с эффектами сильной корреляции. Экспериментально полученные спектры можно сравнить с предсказаниями определенных моделей или использовать для установления ограничений на наборы параметров. Например, была создана классификационная схема оксидов переходных металлов в рамках так называемой диаграммы Заанена – Савацки – Аллена .

Приложения

Манипулирование и использование коррелированных явлений имеет приложения, такие как сверхпроводящие магниты и технологии магнитной памяти (CMR). Другие явления, такие как переход металл-изолятор в VO 2 , были исследованы как средство создания умных окон для снижения требований к обогреву / охлаждению комнаты. Кроме того, переходы металл-изолятор в изоляционных материалах Mott, таких как LaTiO 3, можно настраивать путем регулировки заполнения полосы, чтобы потенциально использовать их для создания транзисторов, которые будут использовать традиционные конфигурации полевых транзисторов, чтобы воспользоваться преимуществом резкого изменения проводимости материала. Транзисторы, использующие переходы металл-изолятор в изоляторах Мотта, часто называются транзисторами Мотта, и ранее они успешно производились с использованием VO 2 , но для работы им требовались большие электрические поля, индуцированные ионными жидкостями в качестве материала затвора.


Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Анисимов, Владимир; Юрий Изюмов ​​(2010). Электронная структура сильно коррелированных материалов . Springer. ISBN   978-3-642-04825-8 .
  • Патрик Фазекас (1999). Конспект лекций по электронной корреляции и магнетизму . World Scientific. ISBN   978-9810224745 .
  • де Гроот, Франк; Акио Котани (2008). Спектроскопия твердых тел на уровне ядра . CRC Press. ISBN   978-0-8493-9071-5 .
  • Ямада, Косаку (2004). Электронные корреляции в металлах . Издательство Кембриджского университета. ISBN   978-0-521-57232-3 .
  • Роберт З. Бахрах, изд. (1992). Исследования синхротронного излучения: достижения в области науки о поверхностях и интерфейсах . Пленум Пресс. ISBN   978-0-306-43872-1 . CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  • Паварини, Ева; Кох Эрик; Воллхардт, Дитер; Лихтенштейн, Александр; (ред.) (2011). Подход LDA + DMFT к сильно коррелированным материалам . Forschungszentrum Jülich. ISBN   978-3-89336-734-4 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  • Амуся М., Попов К., Шагинян В., Стефанович В. (2014). Теория тяжелых фермионных соединений - теория сильно коррелированных ферми-систем . Серия Спрингера в науках о твердом теле. 182 . Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-319-10825-4 . ISBN   978-3-319-10825-4 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки