WikiDer > Заказ начисления

Charge ordering

Заказ начисления (CO) является (первого или второго порядка) фаза перехода встречается в основном в сильно коррелированных материалах, таких как оксиды переходных металлов или органические проводники. Из-за сильного взаимодействия между электронами обвинения локализованы на разных сайтах, что приводит к диспропорции и заказал сверхрешетка. Он проявляется в различных узорах: от вертикальных и горизонтальных полос до узора, похожего на шахматную доску. [1][2], и это не ограничивается двумерным случаем. Переход зарядовый порядок сопровождается нарушение симметрии и может привести к сегнетоэлектричество. Часто встречается в непосредственной близости от сверхпроводимость и колоссальное магнитосопротивление.

Шаблоны начислений


Это явление дальнего порядка было впервые обнаружено в магнетите (Fe3О4) Вервея в 1939 году.[3][4]Он наблюдал увеличение удельное электрическое сопротивление на два порядка при TCO= 120K, что указывает на фазовый переход, который сейчас хорошо известен как переход Фервея. Он был первым, кто предложил идею процесса заказа в этом контексте. Зарядово-упорядоченная структура магнетита была решена в 2011 г. группой во главе с Пол Аттфилд с результатами, опубликованными в Природа.[5] Периодические искажения решетки, связанные с зарядовым порядком, позже были отображены в решетке манганита, чтобы выявить полосатые домены, содержащие топологический беспорядок.[6]

Теоретическое описание

Расширенный одномерный Модель Хаббарда дает хорошее описание перехода зарядовый порядок с локальным и ближайшим соседями кулоновского отталкивания U и V. Оказалось, что V является критическим параметром и важным для развития состояния зарядового порядка. Дальнейшие модельные расчеты пытаются учесть температуру и межцепочечное взаимодействие.[7] Расширенная модель Хаббарда для одной цепи, включая межсайтовое и локальное взаимодействие V и U, а также параметр для небольшой димеризации, которую обычно можно найти в (TMTTF)2X-соединения представлены следующим образом:

где t описывает интеграл переноса или кинетическую энергию электрона и и являются оператором рождения и уничтожения соответственно для электрона со спином на th или -й сайт. обозначает оператор плотности. Для недимеризованных систем может быть установлено равным нулю. Обычно локальное кулоновское отталкивание U остается неизменным только t, а V может изменяться в зависимости от давления.

Примеры

Органические проводники

Органические проводники состоят из донор и акцептор молекулы строят отдельные плоские листы или колонны. Разница в энергии в ионизация акцептор энергии и электронное сродство 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, волна спиновой плотности, антиферромагнитный штат, сверхпроводимость, волна зарядовой плотности назвать лишь некоторые из них.[8][9]

Квазиодномерные органические проводники

Модельная система одномерных проводников - это BechgaardСемейство солей Fabre, (TMTTF)2X и (TMTSF)2X, где в последнем сера заменяется на селен что приводит к более металлическому поведению в широком диапазоне температур и отсутствию 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)2ИКС.[10]Температура перехода TCO для подсемейства TMTTF было зарегистрировано более двух порядков для центросимметричных анионов X = Br, PF6, AsF6, SbF6 а нецентросимметричные анионы X = BF4 и РеО4.[11]В середине восьмидесятых годов Кулон и др. Открыли новый «бесструктурный переход».[12] проведение измерений транспорта и термоЭДС. Они наблюдали внезапный рост сопротивления и термоэдс при TCO в то время как рентгеновские измерения не показали никаких доказательств изменения симметрии кристалла или образования сверхструктуры. Позже переход был подтвержден 13C-ЯМР[13] и диэлектрические измерения.

Различные измерения под давлением показывают уменьшение температуры перехода TCO 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. штат.

Анион XТCO (K)
(TMTTF)2Br28
(TMTTF)2PF670
(TMTTF)2AsF6100.6
(TMTTF)2SbF6154
(TMTTF)2BF483
(TMTTF)2ReO4227.5
(DI-DCNQI)2Ag220
TTM-TTPI3120

Квазидвумерные органические проводники

Размерный кроссовер может быть вызван не только приложением давления, но и заменой донорных молекул другими. С исторической точки зрения главной целью было синтезировать органический сверхпроводник с высокой ТC. 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 ХХ века первые ЯМР измерения на θ- (BEDT-TTF)2RbZn (SCN)4 соединение обнаружило известный переход металла в изолятор при TCO= 195 К как переход заряд-порядок.[14]

СоединениеТCO (K)
α- (BEDT-TTF)2я3135
θ- (BEDT-TTF)2TlCo (SCN)4240
θ- (BEDT-TTF)2TlZn (SCN)4165
θ- (BEDT-TTF)2RbZn (SCN)4195
θ- (BEDT-TTF)2РБК (SCN)4190

Оксиды переходных металлов

Самый выдающийся оксид переходного металла обнаружение перехода CO - это магнетит Fe3О4 будучи оксидом смешанной валентности, где атомы железа имеют статистическое распределение Fe3+ и Fe2+ выше температуры перехода. Ниже 122 K комбинация частиц 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.[15]

Соединение[16]ТCO (K)
Y0.5NiO3582
YBaCo2О5220
CaFeO3290
Ба3НаРу2О9210
TbBaFe2О5282
Fe3О4123
Ли0.5MnO2290
LaSrMn3О7210
Na0.25Mn3О6176
YBaMn2О6498
TbBaMn2О6473
PrCaMn2О6230
α'-NaV2О534

Обнаружение платежного поручения

  • ЯМР спектроскопия - мощный инструмент для измерения диспропорционирования заряда. Чтобы применить этот метод к определенной системе, она должна быть легирована ядрами, например 13C, как и в случае соединений TMTTF, активных для ЯМР. Ядра локальных зондов очень чувствительны к заряду молекулы, наблюдаемому в Смена рыцаря K и химический сдвиг D. Сдвиг Найта K пропорционален вращению чувствительность к спину χSp на молекулу. Порядок заряда или диспропорционирование заряда проявляются как расщепление или расширение определенной особенности в спектре.
  • В дифракция рентгеновских лучей Методика позволяет определить положение атомов, но эффект экстинкции мешает получить спектр с высоким разрешением. 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.[17]
  • В органических молекулах, таких как TMTTF, TMTSF или BEDT-TFF, есть зарядочувствительные моды, меняющие свою частоту в зависимости от локального заряда. Особенно чувствительны к заряду двойные связи C = C. Если режим вибрации активен в инфракрасном диапазоне или виден только в Раман спектр зависит от его симметрии. В случае BEDT-TTF наиболее чувствительными являются Раман активный ν3, ν2 и инфракрасный внефазовый режим ν27.[18] Их частота линейно связана с зарядом молекулы, что дает возможность определить степень диспропорционирования.
  • Переход заряд-порядок - это также переход от металла к изолятору, который можно наблюдать в транспортных измерениях как резкий рост сопротивления. Таким образом, транспортные измерения являются хорошим инструментом для получения первых свидетельств возможного перехода заряда-порядка.

использованная литература

  1. ^ Мудрый, W.D .; и другие. (2008). "Происхождение волны зарядовой плотности купратной шахматной доски визуализировано с помощью сканирующей туннельной микроскопии". PNAS. 4 (9): 696–699. arXiv:0806.0203. Bibcode:2008 НатФ ... 4..696Вт. Дои:10.1038 / nphys1021. S2CID 14314484.
  2. ^ Савицкий, Б .; и другие. (2017). «Сгибание и разрыв полос в шихте заказанного манганита». Nature Communications. 8 (1): 1883. arXiv:1707.00221. Bibcode:2017НатКо ... 8.1883S. Дои:10.1038 / s41467-017-02156-1. ЧВК 5709367. PMID 29192204.
  3. ^ Verwey, E.J.W. (1939). «Электронная проводимость магнетита (Fe3О4) и его точка перехода при низких температурах ». Природа. 144 (3642): 327–328. Bibcode:1939 г.Натура.144..327В. Дои:10.1038 / 144327b0. S2CID 41925681.
  4. ^ Verwey, E.J.W .; Haayman, P.W. (1941). «Электронная проводимость и точка перехода магнетита (Fe3О4)". Physica. 8 (9): 979–987. Bibcode:1941Фи ..... 8..979В. Дои:10.1016 / S0031-8914 (41) 80005-6.
  5. ^ Senn, M. S .; Wright, J. P .; Аттфилд, Дж. П. (2011). «Порядок заряда и трехузельные искажения в структуре Вервея магнетита» (PDF). Природа. 481 (7380): 173–6. Bibcode:2012Натура.481..173С. Дои:10.1038 / природа10704. PMID 22190035. S2CID 4425300.
  6. ^ Эль Баггари, I .; и другие. (2017). «Природа и эволюция несоразмерного зарядового порядка в манганитах, визуализированных с помощью криогенной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии». PNAS. 115 (7): 1–6. arXiv:1708.08871. Bibcode:2018PNAS..115.1445E. Дои:10.1073 / пнас.1714901115. ЧВК 5816166. PMID 29382750.
  7. ^ Yoshioka, H .; Цучуузу, М; Сео, Х. (2007). «Заряд-упорядоченное состояние по сравнению с изолятором Димера-Мотта при конечных температурах». Журнал Физического общества Японии. 76 (10): 103701. arXiv:0708.0910. Bibcode:2007JPSJ ... 76j3701Y. Дои:10.1143 / JPSJ.76.103701.
  8. ^ Исигуро, Т. (1998). Органические сверхпроводники. Берлин Гейдельберг Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-63025-8.
  9. ^ Тойота, Н. (2007). Низкоразмерные молекулярные металлы. Берлин Гейдельберг: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-49574-1.
  10. ^ Джероме, Д. (1991). «Физика органических сверхпроводников». Наука. 252 (5012): 1509–1514. Bibcode:1991Sci ... 252.1509J. Дои:10.1126 / science.252.5012.1509. PMID 17834876.
  11. ^ Nad, F .; Монсо, П. (2006). «Диэлектрический отклик зарядово упорядоченного состояния в квазиодномерных органических проводниках». Журнал Физического общества Японии. 75 (5): 051005. Bibcode:2006JPSJ ... 75e1005N. Дои:10.1143 / JPSJ.75.051005.
  12. ^ Coulon, C .; Паркин, С.С.П .; Лаверсанн Р. (1985). "БЕССТРУКТУРНЫЙ ПЕРЕХОД И СИЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ В СОЛЯХ БИС-ТЕТРАМЕТИЛТЕТРАХТИАФУЛЬВАЛЕНА [(TMTTF)2ИКС]". Физический обзор B. 31 (6): 3583–3587. Bibcode:1985ПхРвБ..31.3583С. Дои:10.1103 / PhysRevB.31.3583. PMID 9936250.
  13. ^ Чоу, D.S .; и другие. (2000). «Упорядочение заряда в семействе TMTTF молекулярных проводников». Письма с физическими проверками. 85 (8): 1698–1701. arXiv:cond-mat / 0004106. Bibcode:2000ПхРвЛ..85.1698С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.85.1698. PMID 10970592. S2CID 34926882.
  14. ^ Miyagawa, K .; Кавамото, А .; Канода, К. (2000). «Зарядовое упорядочение в квазидвумерном органическом проводнике». Физический обзор B. 62 (12): R7679. Bibcode:2000ПхРвБ..62.7679М. Дои:10.1103 / PhysRevB.62.R7679.
  15. ^ Рао, К. Н. Р. (1997). «Материаловедение: упорядочение заряда в манганатах». Наука. 276 (5314): 911–912. Дои:10.1126 / science.276.5314.911. S2CID 94506436.
  16. ^ Аттфилд, Дж. П. (2006). «Зарядовое упорядочение в оксидах переходных металлов». Науки о твердом теле. 8 (8): 861–867. Bibcode:2006SSSci ... 8..861A. Дои:10.1016 / j.solidstatesciences.2005.02.011.
  17. ^ Coulon, C .; Lalet, G .; Pouget, J.-P .; Foury-Leylekian, P .; Морадпур, А. (2007). «Анизотропная проводимость и зарядовое упорядочение в (TMTTF) (2) X солей, исследованных методом ESR ». Физический обзор B. 76 (8): 085126. Bibcode:2007ПхРвБ..76х5126С. Дои:10.1103 / PhysRevB.76.085126.
  18. ^ Dressel, M .; Дричко, Н. (2004). «Оптические свойства двумерных органических проводников: признаки упорядочения заряда и корреляционные эффекты». Химические обзоры. 104 (11): 5689–5715. Дои:10.1021 / cr030642f. PMID 15535665.