莫特绝缘体

莫特绝缘体是一类材料，根据传统的能带理论，它们被认为可以导电，但结果却是绝缘体（尤其是在低温下）。 这些绝缘体由于强烈的电子-电子相互作用而无法用固体能带理论正确描述，这在传统能带理论中没有被考虑。 莫特转变是由电子之间的强相互作用驱动的从金属到绝缘体的转变。 可以捕获 Mott 转换的最简单模型之一是 Hubbard 模型。

莫特绝缘体中的带隙存在于具有相似特征的带之间，例如 3d 电子带，而电荷转移绝缘体中的带隙存在于阴离子和阳离子状态之间，例如 NiO 中的 O 2p 和 Ni 3d 带之间。

尽管固体能带理论在描述材料的各种电学性质方面非常成功，但 1937 年 Jan Hendrik de Boer 和 Evert Johannes Willem Verwey 指出，各种被能带理论预测为导体的过渡金属氧化物实际上是绝缘体。 每个晶胞的电子数为奇数，价带仅被部分填充，因此费米能级位于能带内。 根据能带理论，这意味着这种材料必须是金属。 这个结论在一些情况下是无效的，例如 CoO，已知xxx的绝缘体之一。

Nevill Mott 和 Rudolf Peierls 也在 1937 年预测带理论的失败可以通过包括电子之间的相互作用来解释。

特别是在 1949 年，Mott 提出了将 NiO 作为绝缘体的模型，其中传导基于公式

(Ni2+O2−)2 → Ni3+O2− + Ni1+O2−。

在这种情况下，阻止传导的能隙的形成可以理解为3d电子之间的库仑势U与相邻原子之间的3d电子的转移积分t之间的竞争（转移积分是紧束缚近似的一部分） . 总能隙为

Egap = U − 2zt,

其中 z 是最近邻原子的数量。

通常，当库仑排斥势 U 大到足以产生能隙时，就会出现莫特绝缘体。 莫特绝缘体最简单的理论之一是 1963 年的哈伯德模型。 随着 U 的增加，从金属到莫特绝缘体的交叉可以在所谓的动态平均场理论中预测。

Mottism 表示除了反铁磁排序之外的附加成分，这是完整描述莫特绝缘体所必需的。 换句话说，我们可以写成：反铁磁序+条理=莫特绝缘体。

因此，莫特绝缘体的所有属性都不能简单地归因于反铁磁性。

莫特绝缘体的许多性质，从实验和理论观察中得出，不能归因于反铁磁有序，因此构成了 mottism。 这些属性包括：

• 莫特尺度上的光谱重量转移
• xxx布里渊区动量空间连通面上单粒子格林函数的消失
• 当电子掺杂从 n = 0 {displaystyle n=0} 到 n = 2 {displaystyle n=2} 时，霍尔系数的两个符号变化（带绝缘体在 n = 1 时只有一个符号变化 {displaystyle n=1} )
• 存在电荷 2 e {displaystyle 2e}（e < 0 {displaystyle e<0} 电子的电荷）玻色子处于低能量状态
• 远离半填充的伪间隙 ( n = 1 {displaystyle n=1} )

莫特绝缘体对高级物理研究的兴趣越来越大，但尚未完全了解。 例如，它们在薄膜磁性异质结构和高温超导中的强相关现象中有应用。

这种绝缘体可以通过改变一些参数变成导体，这些参数可能是成分、压力、应变、电压或磁场。 这种效应被称为莫特转变，可用于制造比传统材料更小的场效应晶体管、开关和存储设备。