Mott geçişi

Mott geçişi yoğun madde fiziğinde metal-ametal geçişi için kullanılır. Elektrik alan perdelemesinden dolayı, metalik ortamdaki potansiyel enerji atomun denge pozisyonu çevresinde keskin tepeler oluşturur, elektronlar lokalize olur ve metal ortamdan akım geçmez.

Kavramsal açıklama

Düşük sıcaklıktaki bir yarı iletkende, her 'konum' belli bir sayıda elektrona sahip (atom ya da atom grubu) içerir ve elektriksel olarak nötrdür. Konumdan uzaklaşmak için harekete geçecek olan bir elektron, Coulomb kuvvetleri tarafından (pozitif yüklü) konuma çekildiğinden dolayı, belli bir miktar enerjiye ihtiyaç duyar. Eğer sıcaklık her konum için ${\tfrac {1}{2}}k_{B}T$ miktarınca bir enerjiyi sağlayacak kadar yüksekse, Boltzmann dağılımı elektronların önemli bir kısmının konumlarından kaçabilecek kadar enerjiye sahip olduğunu önerir. Konumundan kaçan elektron arkasında bir elektron boşluğu bırakır ve elektrik akımına katkısından dolayı iletim elektronu olarak adlandırılır. Sonuç olarak düşük sıcaklıklarda materyal yalıtkan iken, yüksek sıcaklıklarda iletken hale geçer.

Mott geçişi bu iki durumun arasındaki noktayı tanımlar. Mott, serbest elektron yoğunluğu N ile Bohr yarıçapı $a_{H}$, $N^{1/3}a_{H}\simeq 0.2$ eşitliğini sağladığında geçişin hemen gerçekleşmesi gerektiğini savundu.

Basitçe Mott geçişi değişik sebeplerden dolayı materyal özelliklerinin yalıtkan yapıdan iletken yapıya geçişini tanımlar. Bu geçişin gözlemlendiği sistemler: Cıva metal Buhar-Sıvı, metal NH3 çözeltisi, geçiş metal kalgonitleri ve geçiş metal oksitler. Özellikle geçiş metal oksitler içinde, iyi yalıtkandan iyi iletkenlere kadar elektriksel özelliği değişen sistemler bulunabilir. Mott geçişi T(sıcaklık), P(basınç) değişimi ya da (safsızlık katılması) ile gerçekleşen yalıtkan-metal geçişlerini de tanımlar. Mott 1949 yılında yayınladığı makalesinde, bu davranışın temelinde elektronlar arasındaki korelasyonun ve geçişin manyetizma ile olan ilişkisinin yattığını söylemiştir.

Mesela, atomlar katı içinde birbirine yaklaştıkça, elektron durum seviyeleri genişler ve melezleşir. Yaklaşan atomlar öyle bir noktaya gelir ki, elektron bantları üst üste biner ve gerçekte yalıtkan olan materyal metal özelliği gösterir. Klasik Mott geçişinde bu yalıtkan metal geçişi basınçla sağlanır.

Yarı iletkenlerde, aşılanan safsızlık miktarı Mott geçişini etkiler. Gözlemlerden anlaşıldığı üzere, yarı iletkenlerde yüksek miktarda aşılama, sistemin artan serbest enerjisine bağlı bir iç gerilme (basınç gibi davranır) oluşturmaktadır.

Düşük bariyer vericiden ya da komşusundan tünelleme ya da önceden bahsedilen sebeplerden dolayı bu etki basınç vasıtasıyla artırılabilir.

Metal-yalıtkan geçişlerini içeren diğer örnekler transition include:

• Mott-Hubbard geçişi. Ti-aşılanmış V₂O₃ antiferromanyetik yalıtkandan düzensiz manyetik iletken durumuna geçiş yapar.
• Band çaprazlama geçişi. EuO Curie sıcaklığının altına soğutulurken paramanyetik yarı iletken durumdan ferromanyetik düzene geçer. T_c sıcaklığı altında, europium'un yalıtım bandı elektronları oksijen konumlarını işgal eden atomsuz bölgelerin tuzaklanmasından kurtulmaya yetecek kadar enerjiye sahip olurlar. Elektronların taşınımı sayesinde EuO metalik duruma geçer.
• Aşılanmış yarı iletkenlerde Mott geçişi, örnek, Si:P, Si:As, Si:B, Si:Ga, vs. Bu geçişler electronik Raman kırınımı tekniği ile çoklukla incelenmiş ve gösterilmiştir.

Tarih

Teori ilk olarak Nevill Francis Mott tarafından 1949'daki makalesinde önerilmiştir. Mott ayrıca 1968 yılında konuyu ayrıntılarıyla ele alan bir makale yazmıştır.