Metal-yalıtkan geçişi

Metal-yalıtkan geçişi, elektriksel yük iletkenliği iyi olan metallerden yük iletkenliği pasif hale getirilmiş yalıtkanlara geçişi ifade eder. Bu geçişler basınç veya yarı iletkenlerde aşılama gibi çeşitli parametrelerin değiştirilmesiyle sağlanabilir.

Tarihi

Metal ve yalıtkan arasındaki temel ayrım Bethe, Sommerfeld ve Bloch tarafından 1928-29 yıllarında önerilmiştir. Bu fark iletken metaller ve iletken olmayan yalıtkanlar arasındadır. 1937 yılında de Boer ve Verwey NiO gibi kısmen d-bandı dolu olan birçok geçiş metal oksitlerinin kötü iletkenler olduğunu rapor etmişlerdir. Aynı yıllarda Peierls tarafından elektron-elektron corolasyonlarından bahsedilmiştir. O tarihten itibaren, metal yalıtkan geçiş özelliği gösteren malzemeler üzerinde çalışılmıştır. Bu konu üzerine çalışanlardan biri olan Nevill Mott'dan sonra, yalıtım seviyelerine Mott yalıtkanı adı verilmiştir.

Kuramsal Tanım

Katıhal fiziğinin klasik band yapısı der ki, yalıtkanlarda Fermi seviyesi band aralığında bulunurken iletkenlerde iletim bandında yer almaktadır. Bunun anlamı, metalik davranışın kaynağı yarı dolu bantlara sahip malzemeler ve bileşiklerdir. Bununla birlikte bazı bileşikler yarı dolu bantlara sahip olsalar da yalıtkan özellikler gösterirler. Bunun sebebi elektronların birbiriyle etkileştiğini hesaba katan elektron-elektron korolasyonudur. Mott her konuma bir elektron gelecek şekilde bir kristal örgüsü hayal etti. Elektronlar arası etkileşim hesaba katılmadığında, her konum spini yukarı ve aşağı bakan iki elektron tarafından işgal edilir. Etkileşimden dolayı elektronlar güçlü bir Coulomb itmesine maruz kalacak. Band ikiye yarılacak ve aşağı banda konumdaki ilk elektron yerleşirken, yukarıdakini ikincisi işgal edecek. Eğer her konum sadece bir elektron tarafından işgal edilmişse, aşağı band tamamen dolu, yukarı band tamamen boş kalacak. Bu durumda sistem Mott yalıtkanı olarak adlandırılır.