ilmu

Fenomena "transisi Mott" lebih baik dipahami

ilmu Fenomena "transisi Mott" lebih baik dipahami

The Third Industrial Revolution: A Radical New Sharing Economy (Mungkin 2019).

Anonim

Untuk memahami sifat elektronik dari seluruh kategori bahan baru (1), fisikawan mengajukan konsep teoritis yang hanya validasi yang dapat memvalidasi. Bertahun-tahun dapat berlalu antara deskripsi kualitatif dari sebuah fenomena dan pemahaman mendalamnya. Ini adalah kasus fenomena yang disebut "transisi Mott" yang dijelaskan pada tahun 1949. Jurnal Science 3 Oktober mempublikasikan studi halus pertama dari fenomena ini, yang dipimpin oleh para peneliti CNRS.

$config[ads_text] not found

Ini terobosan dalam hasil fundamentalfisik dari kolaborasi antara peneliti Patrice Limelette, Denis Jérome dan Pawel Wzietek dari Laboratorium Fisika of Solides d'Orsay (CNRS - Universitas Paris Sud) dan teoretisi Antoine Georges dari Laboratorium Fisika Teoretis Ecole Normale Superior (CNRS - ENS - Universitas Paris 6), serta ahli kimia P. Metcalf dan JM Honig dari Purdue University (USA).

Ketika interaksi antara elektron logam menjadi terlalu kuat, bisa ada lokalisasi elektron yang tetap melekat pada atom yang membentuk kisi kristal. Transportasi muatan tidak lagi mungkin: padatan menjadi soliter. Isolator ini, bagaimanapun, adalah sifat yang sangat berbeda dari insulator konvensional (seperti semikonduktor, misalnya). Nama isolator Mott, bernama Sir Nevil Mott, Hadiah Nobel 1977, yang telah memahami mekanisme fisik ini sejak 1949. Fenomena ini memainkan peran penting dalam fisika seluruh kelas material, "bahan elektron yang kuat" berkorelasi ", yang telah menjadi subyek yang menarik perhatian selama sekitar lima belas tahun.

Seperti halnya perubahan keadaan antara dua fase lamatiere, transisi antara logam dan isolator Mott harus mematuhi hukum tertentu, contoh naturetermodynamiquefor, yang menggambarkan teori fenomena kritis. Salah satu contoh yang paling dikenal adalah cairan yang dipanaskan sampai menguap. Transisi antara keadaan cair dan keadaan gas secara umum diskontinyu (kita tahu diagram fase transisi gas cair sejak abad ke-19). Pada titik kritis diagram ini, transisi menjadi berkelanjutan. Pada titik ini, sifat-sifat transisi menjadi serupa dengan jumlah yang sangat besar dari sistem fisik lainnya tanpa hubungan yang jelas dengan transisi cairan-cair cairan: misalnya transisi yang berhubungan dengan penampilan feromagnetisme. Fisikawan berbicara tentang universalitas perilaku kritis pada titik transisi.

Percobaan yang dilakukan oleh para peneliti CNRS mengungkapkan bahwa melalui transisi dari Mott elektron-elektron suatu zat padat mengalami perubahan keadaan yang memiliki semua karakteristik transisi cairan-gas dalam suatu cairan. Secara imajinatif, kita dapat menganggap bahwa, dalam fase metalik, atom-atom kehilangan elektron atau memiliki elektron ekstra sangat banyak: ia adalah fase densitas tinggi yang analog dengan keadaan cair. Pada isolator Mott, di sisi lain, konfigurasi elektronik ini jarang terjadi dan dari sudut pandang ini fase ini analog dengan keadaan gas. Percobaan telah memungkinkan untuk menunjukkan secara kuantitatif bahwa hukum penskalaan transisi metal-insulator dari Mott identik dengan transisi cairan-gas, konduktivitas memainkan peran densitas fluida. Kita dapat menganggap bahwa elektron berperilaku seperti gelombang di sisi logam transisi, dan sebagai partikel pada sisi penyekat.

Percobaan Orsay dilakukan pada bahan yang merupakan contoh paling spektakuler dari transisi Mott: vanadium oxide (2).Seperti halnya penelitian di bidang ini, pengembangan struktur kimia berkualitas tinggi adalah titik awal dari materi yang dipelajari. Tim Prancis berkolaborasi dengan para ahli yang diakui di bidang materi ini. Teknik yang digunakan unik dalam bidang pengukuran tekanan halus. Sapuan tekanan digabungkan dengan pengukuran transportasi, dalam rezim suhu tinggi (300 hingga 500 derajat Kelvin) dengan stabilitas suhu sebagian kecil dari suatu derajat. Sejumlah besar titik pengukuran konduktivitas telah dibuat. Analisis data ini mengungkapkan perilaku kritis universal dari transisi Mott (3) .

Percobaan ini dengan demikian menegaskan prediksi tertentu dari pendekatan teoritis untuk transisi ini, yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir oleh para ahli teori Perancis dan Amerika.

Catatan:

(1) Ini adalah bahan elektron yang sangat berkorelasi, di mana oksida logam transisi merupakan contoh penting (dan di antaranya adalah oksida tembaga suhu tinggi). Sifat elektronik yang luar biasa dari oksida ini cenderung memiliki aplikasi di bidang mikroelektronika dan teknologi informasi dan komunikasi.
(2) Sifat luar biasa dari vanadium oxide V2O3 pertama kali ditunjukkan oleh Marc Foëx, seorang peneliti di laboratorium CNRS di Bellevue (diterbitkan dalam Rendus Reports of Academy of Sciences pada tahun 1946). Oksida ini juga merupakan salah satu topik penelitian utama Bell Laboratories di Amerika Serikat pada tahun 1970an.
(3) Transisi Mott juga diamati dan dipelajari secara rinci oleh Laboratorium Fisika Negara Bagian Orsay di konduktor organik, bahan yang disorot oleh penemuan superkonduktivitas organik di laboratorium yang sama pada tahun 1980.

Pesan Populer