電子關聯與多體物理
莫特絕緣體
/ MOT IN-suh-lay-tor /
想像一長排單車位的停車位,每個車位恰好停一輛車。按平常的交規,車子本該能一點點往前挪,整條線也該流動起來。可假設每位司機都斷然拒絕讓第二輛車跟自己擠同一個位子——哪怕只有一瞬。那麼誰都動不了,因為往前挪就意味著要短暫地兩車並位。這些車是被自己的固執堵死的,而不是被什麼牆。
把車換成電子、把車位換成原子,你就得到了莫特絕緣體。按普通的能帶理論,這種材料該叫金屬:它有一條半滿的能帶,電子本該流動並導電。可電子彼此排斥得太厲害,把兩個電子放到同一個原子上代價太大。要想導電,一個電子就得跳到一個已經被佔的原子上,而它出不起這個價——於是這材料乾脆完全不導電。
它之所以重要,是因為它表明:決定一種材料是否導電的,是相互作用,而不只是能帶的填充——這恰恰是整個二十世紀的金屬能帶理論悄悄假設掉的一點。要誠實地補一句:莫特絕緣體從外表看,會被誤認成普通絕緣體,但它其實是另一種東西;擠壓它或摻雜它,可以把它變成金屬,甚至超導體。
氧化鎳以及許多其他過渡金屬氧化物,都是教科書裡的莫特絕緣體。按簡單的能帶計數,它們本該是良導體,可它們偏偏是頑固的電絕緣體——這一矛盾在內維爾·莫特用電子排斥把它解釋清楚之後,開啟了整個強關聯材料領域。
按能帶計數氧化鎳本該導電,可電子排斥讓它成了絕緣體。
別把莫特絕緣體和普通的能帶絕緣體搞混。能帶絕緣體之所以不導電,是因為它的能帶要麼全滿要麼全空;而莫特絕緣體有一條部分填充的能帶、本「該」導電,卻被相互排斥把電子凍在了原地。原因在於相互作用,而非幾何結構。
又稱
另見