Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК

ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК

ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - фазовыйпереход, сопровождающийся изменением величины и характера электропроводностипри изменении темп-ры Т, давления р, магн. поля Н илисостава вещества. П. м. - д. наблюдаются в ряде твёрдых тел, иногда в жидкостяхи газах (плотных парах металлов). Проводимость при П. м. - д. может меняться сильно (в 10⁷ раз в V₂O₃,в 10¹⁰ раз в нестехиометричном ЕuО). П. м. - д. легко идентифицируется, <если он является фазовым переходом первого рода. В случае перехода2-го рода классификация его как П. м. - д. часто затруднительна и условна, <т. к. при проводимость по обе стороны перехода и в самой точке перехода непрерывна. Строгое жеразделение веществ на металлы и диэлектрики (полупроводники )можнодать только при Т =0К: у металлов при Т =0К у диэлектриков С ростом Т в металлах обычно сопротивление растёт, а в диэлектрикахи полупроводниках падает.

В стандартной зонной схеме твёрдых телв диэлектриках и полупроводниках заполненные зоны отделены от пустых запрещённойзоной (энерге-тич. щель)а в металлах есть зоны, заполненные частично, и электроны могут двигатьсяпо этим зонам в слабом электрич. поле ( см. Зонная теория). Структуразон в одноэлектронном приближении связана с симметрией кристаллич. решётки. <П. м. - д. может быть связан с изменением решётки, т. е. со структурнымфазовым переходом. Такова природа П. м. - д. во мн. квазиодномерныхсоединениях и квазидвумерных соединениях (слоистых). В этомслучае переход наз. Пайерлса переходом или переходом с образованием волнызарядовой плотности. С изменением симметрии решётки связаны П. м. -д. и в др. веществах, напр. переход белого олова в серое ("оловянная чума").С изменением ближнего порядка связаны П. м. - д., происходящие при плавлениимн. полупроводников (см. Дальний и ближний порядок). Так, в Ge иSi, имеющих в твёрдой фазе решётку типа алмаза, при плавлении меняетсяближний порядок и они становятся жидкими металлами.

Уширением разрешённых зон и исчезновениемэнер-гетич. щели, обусловленными изменением симметрии решётки, обычно объясняюти металлизацию мн. диэлектриков и полупроводников при высоких давлениях. <Возможно, этим определяется наличие металлич. ядра в недрах Земли.

Во мн. веществах наличие диэлектрич. осн. <состояния (при Т -0 К) и П. м. - д. не объясняются одноэлектроннойзонной схемой и связаны с межэлектронным взаимодействием. Напр., во мн. <соединениях переходных и редкоземельных металлов ( лантаноидов )электронывнутренних, частично заполненных d- или f -оболочек оказываютсялокализованными в ионном остове, и перенос их на соседние ионы, требующийсядля появления металлич. проводимости, невозможен вследствие большого проигрышав энергии межэлектронного взаимодействия (перенесённый "лишний" электронсильно отталкивается от уже имеющегося на ионе "своего" локализов. электрона).Вещества, являющиеся диэлектриками по этой причине, наз. моттовскимидиэлектриками (или диэлектриками Мотта - Хаббарда). К ним относятся, <напр., оксиды переходных металлов типа NiO, СоО и т. д. П. м. - д. в подобныхсистемах может быть связан с исчезновением мотт - хаббардовской щели, напр. <при изменении давления или темп-ры. Видимо, такова в осн. природа П. м.- д. в V₂O₃ и в сходных соединениях, хотя определ. <вклад в переход здесь может давать и взаимодействие электронов с решёткой. <В общем случае выделение осн. причины П. м. - д. часто затруднительно, <т. к., по-видимому, в переход дают вклад разные механизмы. Если П. м. -д. имеет характер моттовского, то он обычно тесно связан с изменением магн. <свойств вещества, т. к. локализов. электроны обладают локализов. магн. <моментом. Поэтому вещества в фазе моттовского диэлектрика обычно имеютмагн. упорядочение (как правило, антиферромагнитное).

В неупорядоченных системах (неупорядоченныесплавы, сильнолегиров. полупроводники, аморфные вещества) состояние электрона, <движущегося в случайном (хаотич.) потенциале, может оказаться локализованнымв пространстве, несмотря на то, что его энергетич. спектр непрерывен ( андерсоновскаялокализация). Соответственно подвижность электрона обращается в нуль, <и вещество может оказаться диэлектриком. В этих случаях П. м. - д. (илиобратный переход) может быть вызван изменением степени неупорядоченностисистемы или изменением концентрации электронов( химического потенциала), если уровень Ферми пересечёт т. н. порог подвижности и выйдет в областьделокализов. состояний.

Явление П. м. - д. используется на практике(термисторы и резисторы, устройства для записи и хранения информации ит. д.).

Лит.: Мотт Н. Ф., Переходы металл- изолятор, пер. с англ., М., 1979; Бугаев А. А., Захарченя Б. П., ЧудновскийФ. А., Фазовый переход металл - полупроводник и его применение, Л., 1979.

Д. И. Хомский.