Перехід метал-діелектрик та його загальні характеристики

1. Перехід метал-діелектрик та його загальні характеристики

2.

Переходи
метал-діелектрик відносяться
до зміни транспортних властивостей
даного матеріалу. Грубо кажучи,
матеріали можуть бути класифіковані як
метали, матеріали з хорошою
провідністю, і як діелектрики, де
провідність зарядів пригнічена. У деяких
матеріалах, особливо напівпровідниках,
змінюючи навколишні умови, наприклад,
тиск або затворну напругу можна змінити
транспортні властивості від металевого
до діелектричного або навпаки.

3.

Переходи
метал-діелектрик можуть
відбуватися трьома способами. Легування
матеріалу може призводити до зміни
електронної структури, створюючи або
навпаки усуваючи заборонену зону.
Електрон-електронна взаємодія може також
призвести до появи забороненої зони, так
звана щілина Мотта - Хаббарда.
Неоднорідність в хімічному складі може
призвести до сильної локалізації, яка
забороняє провідність. Цей, викликаний
безладом перехід метал-діелектрик
можливий навіть без забороненої зони.

4.

Фазові
переходи супроводжуються
зміною величини і характеру
електропровідності при зміні
температури T і тиску p, магнітного
поля H або складу речовини. Переходи
метал-діелектрик спостерігаються в
ряді твердих тіл, іноді в рідинах і газах
(наприклад, в щільних парах металів).
В результаті переходу провідність
матеріалу може змінюватися на кілька
порядків, наприклад в оксиді вандію
вона змінюється приблизно в разів, а в
Нестехіометричні оксиді европия EuO
до разів.

5. Рис. 1. Температурна залежність електропровідності V_2 O_(3 ) 1 - в області фазового переходу; 2 - в температурному діапазоні,

Рис. 1. Температурна залежність електропровідності
1 - в області фазового переходу; 2 - в
температурному діапазоні, відповідному металевій
фазі
На
рис. 1.приведена
температурна залежність
електропровідності
оксиду ванадію поблизу
точки фазового
переходу. Температура
фазового переходу
становить 150 К і для цієї
модифікації оксиду
ванадію зміна
провідності становить 8
порядків. В даний час це
одне з найбільш високих
значень стрибка
провідності для переходу
метал-діелектрик.

6.

Перехід
метал-діелектрик в таких
системах може бути пов'язаний зі
зникненням Мотт-Хаббардівської
щілини, наприклад при зміні
тиску або температури. Така,
мабуть, природа переходу металдіелектрик в оксиді ванадію ,
хоча певний внесок у перехід тут
може давати і взаємодія
електронів з гратами.

7. Рис. 2. Зміна структури при фазовому переході метал-діелектрик в V_2 O_(3 ) : а - ромбоедрична елементарна комірка, б -

Рис. 2. Зміна структури при фазовому переході метал-діелектрик
в : а - ромбоедрична елементарна комірка, б - моноклінна
елементарна комірка. Темні - атоми ванадію, світлі - атоми
кисню
При
фазовому переході
метал-діелектрик в оксиді
ванадію відбувається зміна
симетрії решітки від
ромбоедричної (до
температури фазового
переходу) до моноклінної
(вище температури фазового
переходу). На рис. 2
показані види елементарних
комірок в цих областях
температур. При цьому в
ромбоедричної решітці ( а) в
елементарну комірку
входить 4 атома ванадію
(темні кружки), а в
моноклінної (б) - на
елементарну комірку
доводиться 3 атома ванадію.

8. Отже,

Якщо перехід має характер
Мотівського, то він зазвичай тісно
пов'язаний зі зміною магнітних
властивостей речовини,
локалізовані електрони володіють
локалізованим магнітним
моментом. Тому речовини у фазі
мотівського діелектрика зазвичай
мають магнітне упорядкування
(як правило, антиферомагнітне).

9. У невпорядкованих системах (невпорядковані сплави, сильнолегованому напівпровідники, аморфні речовини)

Стан електрона, що рухається у випадковому
(хаотичному) потенційному полі, може виявитися
локалізованим в просторі, незважаючи на те, що
його енергетичний спектр безперервний
(андерсонівська локалізація). Відповідно рухливість
електрона перетворюється в нуль, і речовина може
виявитися діелектриком. У цих випадках перехід
метал-діелектрик (або зворотній перехід) може бути
викликаний зміною ступеня невпорядкованості
системи або зміною концентрації електронів
(хімічного потенціалу), якщо рівень Фермі перетне
так званий поріг рухливості і вийде в область
делокалізованних станів.

10. Застосування

Транзисторах,
резисторах,
пристроях для запису і
зберігання інформації
Мікроелектронні датчики на
основі ниткоподібних кристалів
Si

11. Дякую за увагу