Упорядочение по заряду

Упорядочение по заряду (CO) представляет собой (первого или второго рода) фазовый переход, происходящий в основном в сильно коррелированных материалах, таких как оксиды переходных металлов или. Из-за сильного взаимодействия между электронами заряды локализованы в разных местах, что приводит к диспропорционированию и упорядоченной сверхрешетке. Он проявляется в различных узорах, от вертикальных до горизонтальных полос и до узора, похожего на шахматную доску, и не ограничивается двумерным случаем. Переход зарядовый порядок сопровождается нарушением симметрии и может привести к сегнетоэлектричеству. Его часто находят в непосредственной близости от сверхпроводимости и колоссального магнитосопротивления.

. Это явление дальнего порядка было впервые обнаружено в магнетите (Fe 3O4) Вервей в 1939 году. Он наблюдал увеличение удельного электрического сопротивления на два порядка величины при T CO = 120 К, что указывает на фазовый переход, который теперь хорошо известен как переход Фервея. Он был первым, кто предложил идею процесса заказа в этом контексте. Зарядовая упорядоченная структура магнетита была решена в 2011 году группой под руководством Пола Аттфилда с результатами, опубликованными в Nature. Периодические искажения решетки, связанные с зарядовым порядком, позже были отображены в решетке манганита, чтобы выявить полосатые домены, содержащие топологический беспорядок.

• 1 Теоретическое описание
• 2 Примеры
  • 2.1 Органические проводники
    • 2.1.1 Квази -одномерные органические проводники
    • 2.1.2 Квазидвумерные органические проводники
  • 2.2 Оксиды переходных металлов
  • 2.3 Определение порядка заряда
• 3 Ссылки

Расширенная одномерная модель Хаббарда дает хорошее описание перехода заряд-порядок с локальным и ближайшим соседями кулоновского отталкивания U и V. Оказалось, что V является критическим параметром и важным для развития заряда. состояние заказа. Дальнейшие модельные расчеты пытаются учесть температуру и межцепочечное взаимодействие. Расширенная модель Хаббарда для одной цепи, включая межсайтовое и локальное взаимодействие V и U, а также параметр $\delta \; d\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; delta\; \_\; \{d\}\}$для небольшой димеризации который обычно можно найти в соединениях (TMTTF) 2 X, представлен следующим образом:

$H\; =\; -\; t\; \sum \; i\; \sum \; \sigma \; ([1\; +\; (-\; 1)\; i\; \delta \; d]\; ci,\; \sigma \; †\; ci\; +\; 1,\; \sigma \; +\; h.\; C)\; +\; U\; \sum \; ini,\; \uparrow \; ni,\; \downarrow \; +\; V\; \sum \; ini,\; ni\; +\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; H\; =\; -t\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\}\; \backslash \; sum\; \_\; \{\backslash \; sigma\}\; \backslash \; left\; (\backslash \; left\; [1+\; \backslash \; left\; (-1\; \backslash \; right)\; ^\; \{i\}\; \backslash \; delta\; \_\; \{d\}\; \backslash \; right]\; c\_\; \{i,\; \backslash \; sigma\}\; ^\; \{\backslash \; dagger\}\; c\_\; \{i\; +\; 1,\; \backslash \; sigma\}\; +\; hc\; \backslash \; right)\; +\; U\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\}\; n\_\; \{i,\; \backslash \; uparrow\}\; n\_\; \{i,\; \backslash \; downarrow\}\; +\; V\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\}\; n\_\; \{i\},\; n\_\; \{i\; +\; 1\}\}$

где t описывает интеграл переноса или кинетическую энергию электрона и $ci,\; \sigma \; †\; \{\backslash \; displaystyle\; c\_\; \{i,\; \backslash \; sigma\}\; ^\; \{\backslash \; dagger\}\}$и $ci\; +\; 1,\; \sigma \; \{\backslash \; displaystyle\; c\_\; \{i\; +\; 1,\; \backslash \; sigma\}\}$- операторы рождения и уничтожения, соответственно, для электрона со спином $\sigma \; =\; \uparrow ,\; \downarrow \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; sigma\; =\; \backslash \; uparrow,\; \backslash \; downarrow\}$в $i\; \{\; \backslash \; displaystyle\; i\}$th или $i\; +\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; +\; 1\}$th site. $n\; i,\; \downarrow ,\; \uparrow \; \{\backslash \; displaystyle\; n\_\; \{i,\; \backslash \; downarrow,\; \backslash \; uparrow\}\}$обозначает оператор плотности. Для недимеризованных систем $\delta \; d\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; delta\; \_\; \{d\}\}$может быть установлено равным нулю. Обычно локальное кулоновское отталкивание U остается неизменным только t, а V может изменяться в зависимости от давление.

Органические проводники

Органические проводники состоят из молекул донора и акцептора, образующих отдельные плоские листы или столбцы. Разница энергий в акцепторе энергии ионизации и сродство к электрону донора приводит к переносу заряда и, следовательно, к свободным носителям, количество которых обычно фиксировано. Носители делокализованы по всему кристаллу из-за перекрытия молекулярных орбиталей, что также является разумным для высокой анизотропной проводимости. Вот почему он будет отличаться между органическими проводниками разных размеров. Они обладают огромным разнообразием основных состояний, например, зарядовым упорядочением, спин-пайерлсовским, волной спиновой плотности, антиферромагнитным состоянием, сверхпроводимостью, волна зарядовой плотности и это лишь некоторые из них.

Квазиодномерные органические проводники

Модельная система одномерных проводников - это Bechgaard - семейство солей Fabre, (TMTTF) 2 X и (TMTSF) 2 X, где в последнем сера заменена на селен приводит к более металлическому поведению в широком диапазоне температур и не имеет порядка заряда. В то время как соединения TMTTF в зависимости от противоионов X показывают проводимость полупроводника при комнатной температуре и, как ожидается, будут более одномерными, чем (TMTSF) 2 X. Температура перехода T CO для подсемейства TMTTF была зарегистрирована более чем на два порядка для центросимметричных анионов X = Br, PF 6, AsF 6, SbF 6 и нецентросимметричные анионы X = BF 4 и ReO 4. В середине восьмидесятых годов Кулон и др. Открыли новый «бесструктурный переход». проведение измерений транспорта и термоЭДС. Они наблюдали внезапное повышение удельного сопротивления и термоэдс при T CO, в то время как рентгеновские измерения не показали никаких доказательств изменения симметрии кристалла или образования сверхструктуры. Позже переход был подтвержден 13 C-ЯМР и диэлектрическими измерениями.

Различные измерения под давлением показывают снижение температуры перехода T CO за счет увеличения давления. Согласно фазовой диаграмме этого семейства, возрастающее давление, прикладываемое к соединениям TMTTF, можно понимать как переход от полупроводникового состояния (при комнатной температуре) к более высокоразмерному и металлическому состоянию, как вы можете найти для соединений TMTSF без порядка заряда. государство.

Квазидвумерные органические проводники

Размерный кроссовер может быть вызван не только приложением давления, но и заменой молекулы-доноры другими. С исторической точки зрения, основная цель заключалась в синтезе органического сверхпроводника с высоким T C. Ключом к достижению этой цели было увеличение перекрытия орбит в двух измерениях. С помощью BEDT-TTF и его огромной π-электронной системы было создано новое семейство квазидвумерных органических проводников, демонстрирующих также большое разнообразие фазовых диаграмм и структур кристаллов.. На рубеже 20-го века первые измерения ЯМР для соединения θ- (BEDT-TTF) 2 RbZn (SCN) 4 обнаружили известный переход металла в изолятор при T CO = 195 K как переход зарядового порядка.

Оксиды переходных металлов

Наиболее заметным оксидом переходного металла, обнаруживающим переход CO, является магнетит Fe3O4, представляющий собой оксид смешанной валентности, в котором атомы железа имеют статистическое распределение Fe. и Fe выше температуры перехода. Ниже 122 K комбинация компонентов 2+ и 3+ выстраивается в регулярную структуру, тогда как выше этой температуры перехода (также называемой в данном случае температурой Вервея) тепловая энергия достаточно велика, чтобы разрушить порядок.

Обнаружение порядка заряда

• ЯМР спектроскопия является мощным инструментом для измерения диспропорционирования заряда. Чтобы применить этот метод к определенной системе, она должна быть легирована ядрами, например C, как в случае соединений TMTTF, активных для ЯМР. Ядра локального зонда очень чувствительны к заряду молекулы, наблюдаемому в сдвиге Найта K и химическом сдвиге D. Сдвиг Найта K пропорционален спину χ Sp молекулы. Порядок заряда или диспропорционирование заряда проявляются в виде расщепления или уширения определенной особенности в спектре.
• Метод дифракции рентгеновских лучей позволяет определить положение атома, но эффект экстинкции мешает для получения спектра высокого разрешения. В случае органических проводников заряд на молекулу измеряется изменением длины связи двойных связей C = C в молекуле TTF. Еще одна проблема, возникающая при облучении органических проводников рентгеновскими лучами, - это разрушение состояния CO.
• В органических молекулах, таких как TMTTF, TMTSF или BEDT-TFF, существуют зарядочувствительные моды, меняющие свою частоту в зависимости от на местной зарядке. Особенно чувствительны к заряду двойные связи C = C. Если колебательная мода активна в инфракрасном диапазоне или видна только в рамановском спектре , это зависит от ее симметрии. В случае BEDT-TTF наиболее чувствительными из них являются Рамановский активный ν 3, ν 2 и инфракрасный внефазовый режим ν 27. Их частота линейно связана с зарядом, приходящимся на молекулу, что дает возможность определить степень диспропорционирования.
• Переход типа заряд - это также переход от металла к изолятору, который можно наблюдать в транспортных измерениях как резкий рост удельного сопротивления. Таким образом, транспортные измерения являются хорошим инструментом для получения первых свидетельств возможного перехода заряд-порядок.