🗊Презентация Перехід метал-діелектрик та його загальні характеристики

Перехід метал-діелектрик та його загальні характеристики

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.

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.

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.

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. 

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 метал-діелектрик в оксиді ванадію , хоча певний внесок у перехід тут може давати і взаємодія електронів з гратами.

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.

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).

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.

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

Дякую за увагу