电子关联与多体物理

莫特绝缘体

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想象一长排单车位的停车位,每个车位恰好停一辆车。按平常的交规,车子本该能一点点往前挪,整条线也该流动起来。可假设每位司机都断然拒绝让第二辆车跟自己挤同一个位子——哪怕只有一瞬。那么谁都动不了,因为往前挪就意味着要短暂地两车并位。这些车是被自己的固执堵死的,而不是被什么墙。

把车换成电子、把车位换成原子,你就得到了莫特绝缘体。按普通的能带理论,这种材料该叫金属:它有一条半满的能带,电子本该流动并导电。可电子彼此排斥得太厉害,把两个电子放到同一个原子上代价太大。要想导电,一个电子就得跳到一个已经被占的原子上,而它出不起这个价——于是这材料干脆完全不导电。

它之所以重要,是因为它表明:决定一种材料是否导电的,是相互作用,而不只是能带的填充——这恰恰是整个二十世纪的金属能带理论悄悄假设掉的一点。要诚实地补一句:莫特绝缘体从外表看,会被误认成普通绝缘体,但它其实是另一种东西;挤压它或掺杂它,可以把它变成金属,甚至超导体。

氧化镍以及许多其他过渡金属氧化物,都是教科书里的莫特绝缘体。按简单的能带计数,它们本该是良导体,可它们偏偏是顽固的电绝缘体——这一矛盾在内维尔·莫特用电子排斥把它解释清楚之后,开启了整个强关联材料领域。

按能带计数氧化镍本该导电,可电子排斥让它成了绝缘体。

别把莫特绝缘体和普通的能带绝缘体搞混。能带绝缘体之所以不导电,是因为它的能带要么全满要么全空;而莫特绝缘体有一条部分填充的能带、本「该」导电,却被相互排斥把电子冻在了原地。原因在于相互作用,而非几何结构。

又称
Mott-Hubbard insulator莫特-哈伯德绝缘体莫特-哈伯德絕緣體