धातु-इन्सुलेटर संक्रमण

धातु-इन्सुलेटर संक्रमण धातु (विद्युत आवेशों की अच्छी विद्युत चालकता वाली सामग्री) से इन्सुलेटर (विद्युत) ( पदार्थ जहां आवेशों की चालकता शीघ्रता से दब जाती है) इस प्रकार पदार्थ के संक्रमण का उपयोग किया जाता है। और तापमान, जैसे विभिन्न परिवेश मापदंडों को धुन करके इन संक्रमणों को प्राप्त किया जा सकता है। दबाव या, अर्धचालक , डोपिंग (सेमीकंडक्टर) के स्थितियों में उपयोग किया जाता है ।

इतिहास

1928/1929 में हंस बेथे, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड और फेलिक्स बलोच द्वारा धातुओं और इंसुलेटर के बीच मूलभूत अंतर प्रस्तावित किया गया था। इस प्रकार से यह कंडक्टिंग मेटल्स (आंशिक रूप से भरे हुए पट्टियों के साथ) और नॉनकंडक्टिंग इंसुलेटर के बीच अंतर करता है। चूंकि, 1937 में जान हेंड्रिक डी बोअर और एवर्ट वर्वे ने इस प्रकार प्रस्तुत किया कि यह आंशिक रूप से भरे डी-बैंड वाले अनेक संक्रमण-धातु ऑक्साइड (जैसे एनआईओ) व्यर्थ कंडक्टर थे, जो अधिकांशतः इन्सुलेट का उपयोग करते थे। उसी वर्ष, रुडोल्फ पीयरल्स द्वारा इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के महत्व को बताया गया था। जब से, इन सामग्रियों के साथ-साथ धातु और इन्सुलेटर के बीच संक्रमण का प्रदर्शन करने वाले अन्य लोगों का बड़े माप पर अध्ययन किया गया है, और इस अध्यन के पश्चात सर नेविल फ्रांसिस मोट द्वारा, जिनके नाम पर इंसुलेटिंग स्टेट का नाम मोट इंसुलेटर रखा गया है।

अतः 1940 के दशक में पाया जाने वाला प्रथम धातु-इन्सुलेटर संक्रमण मैग्नेटाइट का वेरवे संक्रमण का उपयोग किया गया था।

सैद्धांतिक वर्णन

इस प्रकार से ठोस अवस्था भौतिकी की शास्त्रीय सॉलिड स्टेट फिजिक्स की मौलिक इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना फर्मी स्तर को इंसुलेटर के लिए ऊर्जा अंतराल में और धातुओं के लिए प्रवाहकत्त्व बैंड में असत्य बोलने की भविष्यवाणी करती है, जिसका अर्थ इस प्रकार है कि आंशिक रूप से भरे बैंड वाले यौगिकों के लिए धातु का व्यवहार देखा जाता है। चूंकि, कुछ यौगिक पाए गए हैं जोकी आंशिक रूप से भरे बैंड के लिए भी इन्सुलेट व्यवहार दिखाते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक सहसंबंध | इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध के कारण इस प्रकार है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को परक्राम्य के रूप में नहीं देखा जा सकता है। मॉट प्रति अपनी ओर अनेक इलेक्ट्रॉन के साथ जाली मॉडल पर विचार करता है। अतः हम यह वार्तालाप को ध्यान में रखे बिना ही , इसमें प्रत्येक स्थान पर दो इलेक्ट्रॉनों का अधिकृत हो सकता है, और स्पिन (भौतिकी) के साथ और नीचे स्पिन के साथ वार्तालाप के पश्चात इलेक्ट्रॉनों को जब शक्तिशाली कूलम्ब प्रतिकर्षण का अनुभूत उपयोग होगा, जिसको ध्यान में रखते हुए मॉट ने अपना विचार दिया इस प्रकार कि बैंड दो में विभाजित हो जाता है। प्रतिस्थान इलेक्ट्रॉन होने से निचला बैंड भर जाता है जबकि ऊपरी बैंड खाली रहता है, जो यह बताता है कि प्रणाली के द्वारा इन्सुलेटर बन जाता है। इस इंटरेक्शन-चालित इंसुलेटिंग अवस्था को मॉट इंसुलेटर कहा जाता है। हबर्ड मॉडल साधारण मॉडल है जो सामान्यतः धातु-इन्सुलेटर ट्रांज़िशन और एमओटी इंसुलेटर के गठन का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्राथमिक तंत्र

धातु-इन्सुलेटर संक्रमण (एमआईटी) को उनके संक्रमण की उत्पत्ति के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। सबसे सामान्य एमआईटी गहन इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन सहसंबंध से उत्पन्न होता है जैसा कि एमओटी-हबर्ड एमआईटी द्वारा इस प्रकार उपयोग किया गया है।

अन्य उत्सव पर, इलेक्ट्रॉन-फोनन इंटरैक्शन के माध्यम से स्वयं जाली एमआईटी को जन्म दे सकती है जिसे पीईआईईआरएलए एमआईटी के रूप में जाना जाता है। इस पीईआईईआरएलएस इन्सुलेटर का उदाहरण नीला कांस्य K_0.3MoO₃, है, जो T = 180 K पर एमआईटी से निकलता है।

धातुओं में विसंवाहक व्यवहार विकृतियों और जाली दोषों से भी उत्पन्न हो सकता है, जिसके संक्रमण को एंडरसन एमआईटी के रूप में जाना जाता है।

ध्रुवीकरण आपदा

ध्रुवीकरण आपदा मॉडल इन्सुलेटर से धातु में पदार्थ के संक्रमण का वर्णन करता है। यह प्रतिमान ठोस होने पर इलेक्ट्रॉनों को ऑसिलेटर के रूप में कार्य करने के लिए प्रेरित करता है और इस संक्रमण के होने की स्थिति में पदार्थ की प्रति इकाई मात्रा ऑसिलेटर की संख्या से निर्धारित होती है। चूँकि प्रत्येक दोलक की आवृत्ति (ω₀) हम ठोस के ढांकता हुआ कार्य का वर्णन कर सकते हैं,

ε(ω) = 1+(Ne²/ε₀m)/[ω₀²-(Ne²/3ε₀m) -ω²-iω/tao] (1)

जहां ε(ω) परावैद्युत फलन है, प्रति इकाई आयतन में दोलित्रों की संख्या N है, मौलिक दोलन आवृत्ति ω₀ है, दोलक द्रव्यमान m है, और उत्तेजना आवृत्ति ω है।

धातु होने के लिए पदार्थ के लिए, परिभाषा के अनुसार उत्तेजना आवृत्ति (ω) शून्य होनी चाहिए, जो तब हमें स्थिर ढांकता हुआ स्थिरांक देता है,

ε_s = 1+(Ne²/ε₀m)/[ω₀²-(Ne²/3ε₀m)] (2)

जहां ε_s स्थिर ढांकता हुआ स्थिरांक है। यदि हम प्रति इकाई आयतन में ऑसिलेटरों की संख्या को अलग करने के लिए समीकरण (2) को पुनर्व्यवस्थित करते हैं तो हमें ऑसिलेटर्स (N) की महत्वपूर्ण सांद्रता मिलती है_c) जिस पर ई_s अनंत हो जाता है, धात्विक ठोस और इन्सुलेटर से धातु में संक्रमण का संकेत देता है।

N_c = 3ε₀mω₀²/e² (3)

यह अभिव्यक्ति सीमा बनाती है जो इन्सुलेटर से धातु तक पदार्थ के संक्रमण को परिभाषित करती है। इस घटना को ध्रुवीकरण परिवर्तन के रूप में जाना जाता है।

ध्रुवीकरण परिवर्तन मॉडल का सिद्धांत इस प्रकार दिया गया है। कि, उच्च पर्याप्त घनत्व के साथ, और यह कम पर्याप्त मोलर आयतन के साथ, कोई भी ठोस पात्र में धात्विक का उपयोग किया गया है। यह अनुमान लगाना कि कोई पदार्थ धात्विक होगी या इंसुलेटिंग R/V अनुपात लेकर की जा सकती है, जहाँ R मोलर अपवर्तकता है, जिसे कभी-कभी A द्वारा दर्शाया जाता है, और V मोलर आयतन है। ऐसे स्थितियों में जहां R/V 1 से कम है, पदार्थ में गैर-धात्विक, या इन्सुलेट गुण होंगे, जबकि से अधिक आर/वी मूल्य धातु के परिवर्तन का उत्पादन करता है।

यह भी देखें

• Superconductor Insulator Transition

अग्रिम पठन

• Mott, N. F. (1 October 1968). "Metal-Insulator Transition". Reviews of Modern Physics. 40 (4): 677–683. Bibcode:1968RvMP...40..677M. doi:10.1103/RevModPhys.40.677.
• Mott, N. (1974). Metal–Insulator Transitions. Taylor & Francis Ltd. ISBN 978-0-85066-079-1.
• Imada, M.; Fujimori, Tokura (1998). "Metal–insulator transitions". Rev. Mod. Phys. 70 (4): 1039. Bibcode:1998RvMP...70.1039I. doi:10.1103/revmodphys.70.1039. http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v70/i4/p1039_1