переход металл - диэлектрик

ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ - ДИЭЛЕКТРИК - фазовый переход, сопровождающийся изменением величины и характера электропроводности при изменении темп-ры Т, давления р, магн. поля Нили состава вещества. П. м. - д. наблюдаются в ряде твёрдых тел, иногда в жидкостях и газах (плотных парах металлов). Проводимость при П. м. - д. может меняться сильно (в 10⁷ раз в V₂O₃, в 10¹⁰ раз в нестехиометричном ЕuО). П. м. - д. легко идентифицируется, если он является фазовым переходом первого рода. В случае перехода 2-го рода классификация его как П. м. - д. часто затруднительна и условна, т. к. при проводимость по обе стороны перехода и в самой точке перехода непрерывна. Строгое же разделение веществ на металлы и диэлектрики (полупроводники)можно дать только при Т = 0К: у металлов при Т = 0К у диэлектриков С ростом Т в металлах обычно сопротивление растёт, а в диэлектриках и полупроводниках падает.
В стандартной зонной схеме твёрдых тел в диэлектриках и полупроводниках заполненные зоны отделены от пустых запрещённой зоной (энерге-тич. щель) а в металлах есть зоны, заполненные частично, и электроны могут двигаться по этим зонам в слабом электрич. поле (см. Зонная теория ).Структура зон в одноэлектронном приближении связана с симметрией кристаллич. решётки. П. м. - д. может быть связан с изменением решётки, т. е. со структурным фазовым переходом. Такова природа П. м. - д. во мн. квазиодномерных соединениях и квазидвумерных соединениях (слоистых). В этом случае переход наз. Пайерлса переходом или переходом с образованием волны зарядовой плотности. С изменением симметрии решётки связаны П. м. - д. и в др. веществах, напр. переход белого олова в серое ("оловянная чума"). С изменением ближнего порядка связаны П. м. - д., происходящие при плавлении мн. полупроводников (см. Дальний и ближний порядок ).Так, в Ge и Si, имеющих в твёрдой фазе решётку типа алмаза, при плавлении меняется ближний порядок и они становятся жидкими металлами.
Уширением разрешённых зон и исчезновением энер-гетич. щели, обусловленными изменением симметрии решётки, обычно объясняют и металлизацию мн. диэлектриков и полупроводников при высоких давлениях. Возможно, этим определяется наличие металлич. ядра в недрах Земли.
Во мн. веществах наличие диэлектрич. осн. состояния (при Т - 0 К) и П. м. - д. не объясняются одноэлектронной зонной схемой и связаны с межэлектронным взаимодействием. Напр., во мн. соединениях переходных и редкоземельных металлов (лантаноидов)электроны внутренних, частично заполненных d- или f-оболочек оказываются локализованными в ионном остове, и перенос их на соседние ионы, требующийся для появления металлич. проводимости, невозможен вследствие большого проигрыша в энергии межэлектронного взаимодействия (перенесённый "лишний" электрон сильно отталкивается от уже имеющегося на ионе "своего" локализов. электрона). Вещества, являющиеся диэлектриками по этой причине, наз. моттовскими диэлектриками (или диэлектриками Мотта - Хаббарда). К ним относятся, напр., оксиды переходных металлов типа NiO, СоО и т. д. П. м. - д. в подобных системах может быть связан с исчезновением мотт - хаббардовской щели, напр. при изменении давления или темп-ры. Видимо, такова в осн. природа П. м. - д. в V₂O₃ и в сходных соединениях, хотя определ. вклад в переход здесь может давать и взаимодействие электронов с решёткой. В общем случае выделение осн. причины П. м. - д. часто затруднительно, т. к., по-видимому, в переход дают вклад разные механизмы. Если П. м. - д. имеет характер моттовского, то он обычно тесно связан с изменением магн. свойств вещества, т. к. локализов. электроны обладают локализов. магн. моментом. Поэтому вещества в фазе моттовского диэлектрика обычно имеют магн. упорядочение (как правило, антиферромагнитное).
В неупорядоченных системах (неупорядоченные сплавы, сильнолегиров. полупроводники, аморфные вещества) состояние электрона, движущегося в случайном (хаотич.) потенциале, может оказаться локализованным в пространстве, несмотря на то, что его энергетич. спектр непрерывен (андерсоновская локализация). Соответственно подвижность электрона обращается в нуль, и вещество может оказаться диэлектриком. В этих случаях П. м. - д. (или обратный переход) может быть вызван изменением степени неупорядоченности системы или изменением концентрации электронов (химического потенциала), если уровень Ферми пересечёт т. н. порог подвижности и выйдет в область делокализов. состояний.
Явление П. м. - д. используется на практике (термисторы и резисторы, устройства для записи и хранения информации и т. д.).

Лит.: Мотт Н. Ф., Переходы металл - изолятор, пер. с англ., М., 1979; Бугаев А. А., Захарченя Б. П., Чудновский Ф. А., Фазовый переход металл - полупроводник и его применение, Л., 1979.

Д. И. Хомский.