电子关联与多体物理

价态涨落

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想象一个人拿不定主意:借来的书到底是留下还是还回去,于是他隔着桌子把书递来递去,一遍又一遍,快得你都跟不上。你匆匆一瞥,甚至说不清书此刻在谁手里——它实际上同时在两只手上。固体里的某些原子,就对自己的一个电子干着这件事,在两种状态之间闪烁不定,快到无从钉死。

一个原子的价态,粗略地说,就是它与周围环境共享多少个电子——像3或4这样、你本以为是固定不变的一个数。而在一种价态涨落的材料里,某个特定的电子,正好骑在「留在自家原子上」与「汇入传导之海」之间那道能量栅栏上。量子力学允许它两样都做:原子在比方说「有三个电子」和「有四个电子」之间飞快地来回振荡,于是它测出来的价态,会是一个非整数的平均值,比如3.3。

它之所以重要,是因为这种不安分的闪烁,是强关联的一个指纹,常见于铈、钐、镱这类稀土元素的化合物,又与重费米子行为紧密相连。要诚实地补一句:原子在任何一个瞬间,都绝不会真的握着非整数个电子——那个非整数,是它在两个整数态之间不断切换、经时间与量子双重平均后的结果。

硫化钐是个引人注目的例子:在常压下它是一种黑色的半导体,可一旦挤压它,它就会变成金色、并转为金属性,因为它的钐原子开始在两种价态之间闪烁。随着价态涨落被开启,颜色当真在你眼前发生了改变。

受压的硫化钐由黑变金,因为它的原子开始在不同价态间涨落。

「混合价」与「价态涨落」是两个密切相关的说法。混合价强调的是你测到的那个非整数平均值;价态涨落强调的是产生这一平均的、快速的量子切换。它们从两个角度描述着同一套物理。

又称
mixed valenceintermediate valence混合价混合價