Переход Мотта (Hyjy]k; Bkmmg)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Мезоскопическая физика
См. также: Портал:Физика

Переход Мотта — резкое изменение электропроводности твердого тела при увеличении концентрации носителей заряда, обусловленная экранированием кулоновского взаимодействия между электронами и дырками.

Свойства значительного числа соединений переходных металлов плохо описываются зонной теорией в связи с межэлектронным взаимодействием. Для некоторых из этих материалов свойствен резкий рост электропроводности при увеличении температуры. Возможное объяснение этого явления заключается в том, что увеличение температуры приводит к изменению периода кристаллической решетки, при котором локализованные состояния электронов становятся делокализованными.

Невилл Фрэнсис Мотт предложил объяснение этого явления, связаного с экранировкой кулоновского взаимодействия. При малой концентрации носителей заряда возбужденые в нём электрон и дырка образуют экситон с энергией связи

,

где e — заряд электрона,  — диэлектрическая проницаемость,  — радиус Бора для экситона. Экситон — нейтральная частица, поэтому возбуждение не приводит к возникновению проводимости.

При увеличении концентрации носителей заряда кулоновское взаимодействие экранируется. Когда радиус экранирования становится меньше радиус Бора для экситона, электрон и дырка перестают быть связанными, поэтому могут свободно перемещаться, давая вклад в проводимость. По оценкам Мотта такой переход происходит при

,

где n — концентрация электронов. Это равенство эквивалентно условию , где  — среднее расстояние между электронами.

Переход Мотта не является единственной моделью перехода металл-полупроводник. Во многих случаях справедливость той или иной модели до сих пор не ясна.

Литература

[править | править код]
  • Mott N F (1 June 1949). "The Basis of the Electron Theory of Metals, with Special Reference to the Transition Metals". Proceedings of the Physical Society. Section A. 62 (7). IOP Publishing: 416—422. Bibcode:1949PPSA...62..416M. doi:10.1088/0370-1298/62/7/303. ISSN 0370-1298.
  • Mott N. F. (1 September 1968). "Metal-Insulator Transition". Reviews of Modern Physics. 40 (4). American Physical Society (APS): 677—683. Bibcode:1968RvMP...40..677M. doi:10.1103/revmodphys.40.677. ISSN 0034-6861.
  • M. Imada, A. Fujimori, Y. Tojura (1998). "Metal-Insulator Transitions". Rev. Mod. Phys. 70 (4): 1039. Bibcode:1998RvMP...70.1039I. doi:10.1103/RevModPhys.70.1039.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)