Главная arrow Публикации arrow Тонкие пленки оксидов переходных металлов (ОПМ) arrow Переход металл-изолятор в оксидах переходных металлов
Main Menu
 Главная
 Новости
 Публикации
 Литографические процессы
 Базовые основы наноэлектроники и Одноэлектроника
 Тонкие пленки оксидов переходных металлов (ОПМ)
 Другие статьи
 Нано-элементы для обработки оптической информации
 FAQ
 Ссылки
 Контакты

Who's Online
На сайте:
12 гостей

Hit Counter
690249 посетителей

Наш баннер:
Мы будем рады, если вы разместите на своем сайте нашу кнопочку
NANO_Technologies


Newsflash
В 1982 г. Г. Бининг и Г. Рорер создали первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).

 25 February 2018
Переход металл-изолятор в оксидах переходных металлов   Версия для печати  Отправить на E-mail 
Опубликовал Irina Bolshakova  
04 December 2004

Существует несколько типов переходов металл-изолятор. Это, например, переход Андерсона в результате локализации носителей при разупорядочении, переход в легированных полупроводниках при изменении концентрации легирующей примеси или состава. Есть, однако, целый класс материалов, в которых ПМИ осуществляется в одном и том же по химическому составу веществе, без каких-либо изменений его стехиометрии, концентрации или характера распределения примесей или нарушений дальнего кристаллографического порядка. В этом случае переход обусловлен исключительно изменением термодинамических параметров, таких как температура или давление.

Феноменологически ПМИ выглядит как резкое и обратимое изменение физических (электрические, оптические, магнитные) и химических свойств материала при изменении, например, температуры. Часто ПМИ сопровождается перестройкой атомной структуры.
Среди таких материалов особый интерес представляют некоторые соединения d- и f- элементов. Причина ПМИ в них заключается, очевидно, в специфике поведения d- и f-электронов. d- и особенно f-состояния, обладают анизотропным характером распределения электронной плотности и малой пространственной протяжённостью и слабо перекрываются при образовании кристалла. Это приводит к тому, что электронные зоны в таких кристаллах, узки по сравнению с s- и p-зонами. При движении электрона в узких зонах его кинетическая энергия сравнима с энергиями электронно-фононного и межэлектронного взаимодействий, что может приводить к исчезновению исходного металлического состояния с появлением диэлектрической щели в электронном спектре.

ПМИ наблюдается в целом ряде оксидов переходных и редкоземельных металлов: Fe3O4, NbO2, нестехиометричные WO3 и EuO, оксиды ванадия и титана, а также некоторые тройные соединения (LaCoO3, молибденовая бронза K0,3MoO3 и др.). В некоторых соединениях наблюдаются также фазовые переходы, аналогичные ПМИ, но связанные с изменениями в системе спинов (например, так называемый «спин-Пайерлсовский» переход в NaV2O5). При изучении этих соединений накоплен значительный экспериментальный материал, но теоретическое понимание механизма ПМИ находится на уровне весьма общих качественных моделей.

Возможные пути построения модели ПМИ в настоящее время только намечаются - существует целый ряд различных теорий. Можно выделить два основных подхода к описанию ПМИ - это переход Мотта-Хаббарда и переход с образованием сверхструктуры - волн зарядовой и спиновой плотности (в одномерном варианте - переход Пайерлса). Переход Мотта связан с электрон-электронными корреляциями и происходит (в общих чертах), когда концентрация носителей заряда n превышает некоторое критическое значение nc, определяемое условием равенства радиуса локализации электрона (т.е. эффективного боровского радиуса aH) и длины экранирования:

nc ~ (0,4/aH )3       (1.1)

Переход Пайерлса обусловлен электрон-фононными взаимодействиями и происходит в результате диэлектризации электронного спектра при удвоении периода решетки (попарного сближения атомов). Отметим, что детальный механизм ПМИ в конкретном материале может включать элементы как той, так и другой модели. Примером такой ситуации может служить модель экситонного диэлектрика, которая, являясь по сути чисто электронной, связана тем не менее с образованием волн зарядовой плотности.
Рассмотрим ПМИ на примере оксидов ванадия. Ванадий с кислородом образует большое количество оксидных фаз, в кристаллической решетке которых атомы ванадия могут иметь различную степень окисления: -фаза с содержанием кислорода от 15 до 25 ат.%, -фаза (VO0,53), VO, V2O3, фазы гомологического ряда VnO2n-1, VO2, V6O13 и V2O5.

Субоксиды VOx(x<1) , монооксид VO, а также V7O13 проявляют металлические свойства. Пятиокись ванадия – диэлектрик с шириной запрещённой зоны Eg ~ 2,5 эВ. Остальные оксиды в основном состоянии являются полупроводниками с относительно невысоким удельным сопротивлением. Замечательным свойством оксидов ванадия является то, что в большинстве из них наблюдается ПМИ при некоторой критической температуре Tt (таблица 2).

Удобным для исследования и практических приложений материалом с ПМИ является двуокись ванадия. В стехиометричных монокристаллах VO2 ПМИ происходит при температуре 340 К. Он является фазовым переходом первого рода: при нагревании поглощается, а при охлаждении выделяется скрытая теплота (4,27 кДж/моль), существует температурный гистерезис, ширина которого (Tt) может изменяться от 0,5 до 20 К, происходит изменение объёма кристаллической решётки. Температурная зависимость проводимости показана на рисунке ; скачок электропроводности при переходe достигает пяти порядков.

Таблица 1. Фазовый переход металл-полупроводник в оксидах ванадия

Оксид
Tt , K
Скачок электро-проводности при Тt
V2O3
150
1010
V3O5
450
102
V4O7
240
103
V5O9
130
106
V6O11
170
104
V8O15
70
101
VO2
340
105
V6O13
150
106

 

Рис.2 Удельное сопротивление монокристаллов VO2 как функция 1/T (по данным различных авторов).
Последнее обновление ( 31 May 2008 )

Most Read
Методы получения тонкопленочных структур
Квантовые ямы, нити, точки
Физические основы наноэлектроники
Получение нанокристаллических пленок ванадия, исследование их свойств
Сайт Нано Технологии

Shout It!

Имя:

Сообщение:


 
Go to top of page  Главная | Новости | Публикации | FAQ | Ссылки | Контакты |
Mambo 
Copyright © 2002-2005 Stefanovich G.B. & Bolshakova I.P.

НОЦ Плазма Петрозаводский государственный университет