Эффективное поле и фазовый переход металл—диэлектрик в модели Хаббарда

Э. Е. Зубов$^{1,2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина
$^{2}$Донецкий национальный университет имени Васыля Стуса, ул. 600-летия, 21, 21021 Винница, Украина

Получена: 10.10.2016. Скачать: PDF

В рамках модели Хаббарда с эффективным самосогласованным полем представлен возможный механизм скачкообразного фазового перехода металл–диэлектрик для полузаполненной зоны. Диаграммным методом проведено детальное исследование известного приближения Хаббард-I, а также учтены корреляционные поправки при минимальном числе параметров самосогласования. Установлены характерные параметры порядка, свойственные только металлическому состоянию или диэлектрическому. На основе анализа электронной спектральной плотности определены положения уровня химического потенциала и критическое значение величины энергии кулоновского отталкивания $\tilde{U}$ в единицах ширины зоны, когда происходит фазовый переход металл–диэлектрик. Оценки величин внутренней энергии в случае полузаполненной зоны показали, что для $\tilde{U} < 2,1$ более устойчивым является состояние металла, тогда как при $\tilde{U} > 2,1$ устойчиво состояние диэлектрика, но только при предельном переходе по электронному допированию. Поэтому уровень химпотенциала для диэлектрика лежит у нижнего края верхней хаббардовской зоны, где спектральная плотность равна нулю. Это даёт нулевую проводимость. Конечное электронное допирование или дырочное обусловливает металлическое состояние с уровнем Ферми внутри верхней зоны или допированное диэлектрическое состояние с уровнем Ферми внутри нижней зоны соответственно. Это приводит к скачкообразному росту проводимости при фазовом переходе металл–диэлектрик.

Ключевые слова: металл, диэлектрик, фазовый переход, проводимость, химический потенциал.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i11/1423.html

PACS: 71.10.Fd, 71.10.Hf, 71.20.Be, 71.27.+a, 71.30.+h, 72.15.Eb, 72.60.+g


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. J. Hubbard, Proc. Roy. Soc. Lond. A, 276: 238 (1963). Crossref
  2. J. Hubbard, Proc. Roy. Soc. Lond. A, 281: 401 (1964). Crossref
  3. Yu. А. Yzyumov, Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 167, No. 5: 465 (1997) (in Russian).
  4. M. J. Rozenberg, G. Kotliar, and X. Y. Zhang, Phys. Rev. B, 49, No.15: 10181 (1994). Crossref
  5. N. F. Mott, Metal-Insulator Transitions (London: Taylor&Francis: 1990).
  6. W. F. Brinkman and T. M. Rice, Phys. Rev. B, 7, No. 4: 1508 (1973). Crossref
  7. R. O. Zaitsev, Sov. Phys. JETP, 48, No.6: 1193 (1978).
  8. Yu. A. Izyumov and Yu. N. Skryabin, Statisticheskaya Mekhanika Magnitouporyadochennikh System [Statistical Mechanics of the Magnetically Ordered Systems] (Moscow: Nauka: 1987) (in Russian).
  9. E. E. Zubov, Physica C, 497: 67 (2014). Crossref
  10. T. Morita and T. Horiguchi, J. Math. Phys., 12, No. 6: 986 (1971). Crossref
  11. G. S. Joyce Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 273: 583 (1973). Crossref
  12. T. Morita and T. Horiguchi, Numer. Math., 20: 425 (1973). Crossref
  13. O. K. Kalashnikov and E. S. Fradkin, Teoreticheskaya i Matematicheskaya Fizika, 5, No. 3: 417 (1970) (in Russian).
  14. D. M. Edwards, A. C. M. Green, and K. Kubo, J. Phys.: Condens. Matter., 11: 2791 (1999). Crossref