Material fortemente correlacionado - Strongly correlated material
Materiais altamente correlacionados são uma grande classe de compostos que incluem isoladores e materiais electrónicos, e mostram electrónicos e (frequentemente tecnologicamente úteis) invulgares propriedades magnéticas , tais como as transições de metal-isolador , fermion pesada comportamento, meia-metalicidades , e separação de spin-carga . A característica essencial que define esses materiais é que o comportamento de seus elétrons ou spinons não pode ser descrito de forma eficaz em termos de entidades não interagentes. Os modelos teóricos da electrónica ( fermiônica estrutura) de materiais altamente correlacionados deve incluir electrónica ( fermiônica ) correlação como sendo exactas. Recentemente, o rótulo Quantum Materials também é usado para se referir a materiais fortemente correlacionados, entre outros.
Óxidos de metal de transição
Muitos óxidos de metais de transição pertencem a esta classe, que pode ser subdividida de acordo com seu comportamento, por exemplo , alto-T c , materiais spintrônicos , multiferróicos , isoladores de Mott , materiais de spin Peierls , materiais de férmions pesados , materiais quase de baixa dimensão, etc. o efeito mais intensamente estudado é provavelmente a supercondutividade de alta temperatura em cupratos dopados , por exemplo, La 2 − x Sr x CuO 4 . Outros fenômenos de ordenação ou magnéticos e transições de fase induzidas pela temperatura em muitos óxidos de metais de transição também são reunidos sob o termo "materiais fortemente correlacionados".
Estruturas eletrônicas
Tipicamente, os materiais fortemente correlacionados ter incompletamente cheio d - ou f - electrões conchas com bandas estreitas de energia. Não se pode mais considerar qualquer elétron no material como estando em um " mar " do movimento médio dos outros (também conhecido como teoria do campo médio ). Cada elétron tem uma influência complexa sobre seus vizinhos.
O termo correlação forte se refere ao comportamento dos elétrons em sólidos que não é bem descrito (muitas vezes nem mesmo de uma maneira qualitativamente correta) por teorias simples de um elétron, como a aproximação de densidade local (LDA) da teoria funcional da densidade ou Hartree –Teoria Fock. Por exemplo, o material aparentemente simples NiO tem uma banda 3 d parcialmente preenchida (o átomo de Ni tem 8 de 10 elétrons 3 d possíveis ) e, portanto, seria esperado que fosse um bom condutor. No entanto, a forte repulsão de Coulomb (um efeito de correlação) entre os elétrons- d torna o NiO, em vez disso, um isolante de gap de banda larga . Assim, materiais fortemente correlacionados têm estruturas eletrônicas que não são nem simplesmente semelhantes a elétrons livres nem completamente iônicas, mas uma mistura de ambas.
Teorias
Extensões ao LDA (LDA + U, GGA, SIC, GW, etc.), bem como modelos simplificados Hamiltonianos (por exemplo , modelos do tipo Hubbard ) foram propostos e desenvolvidos a fim de descrever fenômenos que são devidos a forte correlação eletrônica. Entre eles, a teoria do campo médio dinâmico capta com sucesso as principais características de materiais correlacionados. Esquemas que usam LDA e DMFT explicam muitos resultados experimentais no campo de elétrons correlacionados.
Estudos estruturais
Experimentalmente, espectroscopia óptica, espectroscopia de elétrons de alta energia , fotoemissão ressonante e, mais recentemente, espalhamento de raios-X inelástico ressonante ( RIXS ) e espectroscopia de nêutrons foram usados para estudar a estrutura eletrônica e magnética de materiais fortemente correlacionados. As assinaturas espectrais vistas por essas técnicas, que não são explicadas pela densidade de estados de um elétron, costumam estar relacionadas a fortes efeitos de correlação. Os espectros obtidos experimentalmente podem ser comparados às previsões de certos modelos ou podem ser usados para estabelecer restrições aos conjuntos de parâmetros. Um deles estabeleceu, por exemplo, um esquema de classificação de óxidos de metal de transição dentro do chamado diagrama de Zaanen-Sawatzky-Allen .
Formulários
A manipulação e uso de fenômenos correlacionados tem aplicações como ímãs supercondutores e em tecnologias de armazenamento magnético (CMR). Outros fenômenos como a transição metal-isolante em VO 2 têm sido explorados como um meio de fazer janelas inteligentes para reduzir os requisitos de aquecimento / resfriamento de uma sala. Além disso, as transições de isolador de metal em materiais isolantes de Mott como LaTiO 3 podem ser ajustadas por meio de ajustes no preenchimento de banda para serem potencialmente usadas para fazer transistores que usariam configurações convencionais de transistor de efeito de campo para aproveitar a mudança brusca de condutividade do material. Os transistores que usam transições de isolador de metal em isoladores Mott são freqüentemente chamados de transistores Mott, e foram fabricados com sucesso usando VO 2 antes, mas eles exigiram campos elétricos maiores induzidos por líquidos iônicos como um material de portão para operar.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Anisimov, Vladimir; Yuri Izyumov (2010). Estrutura eletrônica de materiais fortemente correlacionados . Springer. ISBN 978-3-642-04825-8 .
- Patrik Fazekas (1999). Notas de aula sobre correlação de elétrons e magnetismo . World Scientific. ISBN 978-9810224745 .
- de Groot, Frank; Akio Kotani (2008). Espectroscopia de sólidos em nível de núcleo . CRC Press. ISBN 978-0-8493-9071-5 .
- Yamada, Kosaku (2004). Correlações de elétrons em metais . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-57232-3 .
- Robert Z. Bachrach, ed. (1992). Pesquisa em radiação síncrotron: avanços na ciência de superfícies e interfaces . Plenum Press. ISBN 978-0-306-43872-1 . Manutenção de CS1: texto extra: lista de autores ( link )
- Pavarini, Eva; Koch Erik; Vollhardt, Dieter; Lichtenstein, Alexander; (eds.) (2011). A abordagem LDA + DMFT para materiais fortemente correlacionados . Forschungszentrum Jülich. ISBN 978-3-89336-734-4 . CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link ) CS1 maint: texto extra: lista de autores ( link )
- Amusia, M., Popov, K., Shaginyan, V., Stephanovich, V. (2014). Theory of Heavy-Fermion Compounds - Theory of Strongly Correlated Fermi-Systems . Springer Series in Solid-State Sciences. 182 . Springer. doi : 10.1007 / 978-3-319-10825-4 . ISBN 978-3-319-10825-4 . CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link )
links externos
- Quintanilla, Jorge; Hooley, Chris (junho de 2009). "O quebra-cabeça das correlações fortes" (PDF) . Physics World . 22 (6): 32–37. Bibcode : 2009PhyW ... 22f..32Q . doi : 10.1088 / 2058-7058 / 22/06/38 .