ПЕРЕХО́Д МЕТА́ЛЛ – ДИЭЛЕ́КТРИК

ПЕРЕХО́Д МЕТА́ЛЛ – ДИЭЛЕ́КТРИК, фа­зо­вый пе­ре­ход, со­про­во­ж­даю­щий­ся из­ме­не­ни­ем ве­ли­чи­ны и ха­рак­те­ра элек­трич. про­во­ди­мо­сти σ при из­ме­не­нии темп-ры Т, дав­ле­ния р, на­пря­жён­но­сти маг­нит­но­го по­ля Н или со­ста­ва ве­ще­ст­ва. Под тер­ми­ном «П. м.–д.» по­ни­ма­ют так­же об­рат­ный пе­ре­ход ди­элек­трик – ме­талл. П. м. – д. на­блю­да­ют­ся в ря­де твёр­дых тел, ино­гда в жид­ко­стях и га­зах (плот­ных парáх ме­тал­лов). При П. м.–д. σ мо­жет силь­но из­ме­нять­ся (напр., в 10⁷ раз в V₂O₃ и в 10¹⁰ раз в не­сте­хио­мет­ри­че­ском EuO). П. м.–д. лег­ко иден­ти­фи­ци­ру­ет­ся, ес­ли он яв­ля­ет­ся фа­зо­вым пе­ре­хо­дом 1-го ро­да. В слу­чае фа­зо­во­го пе­ре­хо­да 2-го ро­да клас­си­фи­ка­ция его как П. м.–д. час­то за­труд­ни­тель­на и ус­лов­на, т. к. при T≠0 про­во­ди­мость σ≠0 по обе сто­ро­ны пе­ре­хо­да и в са­мой точ­ке пе­ре­хо­да не­пре­рыв­на.

В ди­элек­три­ках и по­лу­про­вод­ни­ках за­пол­нен­ные энер­ге­тич. зо­ны от­де­ле­ны от пус­тых за­пре­щён­ной зо­ной (энер­ге­тич. ще­лью), а в ме­тал­лах есть час­тич­но за­пол­нен­ные зо­ны, и элек­тро­ны мо­гут дви­гать­ся по ним в сла­бом элек­трич. по­ле (см. Зон­ная тео­рия). Струк­ту­ра зон в од­но­элек­трон­ном при­бли­же­нии свя­за­на с сим­мет­ри­ей кри­стал­лич. ре­шёт­ки. П. м.–д. мо­жет быть свя­зан с из­ме­не­ни­ем ре­шёт­ки, т. е. со струк­тур­ным фа­зо­вым пе­ре­хо­дом. Та­ко­ва при­ро­да П. м.–д. во мно­гих ква­зи­од­но­мер­ных и ква­зид­ву­мер­ных со­еди­не­ни­ях. В этом слу­чае пе­ре­ход на­зы­ва­ет­ся пе­ре­хо­дом Пай­ер­лса или пе­ре­хо­дом с об­ра­зо­ва­ни­ем вол­ны за­ря­до­вой плот­но­сти. С из­ме­не­ни­ем сим­мет­рии ре­шёт­ки свя­за­ны П. м.–д. и в др. ве­ще­ст­вах, напр. пе­ре­ход бе­ло­го оло­ва в се­рое. С из­ме­не­ни­ем ближ­не­го по­ряд­ка свя­за­ны П. м.–д., про­ис­хо­дя­щие при плав­ле­нии мн. по­лу­про­вод­ни­ков (см. Даль­ний и ближ­ний по­ря­док). Так, в Ge и Si, имею­щих в твёр­дой фа­зе ре­шёт­ку ти­па ал­ма­за, при плав­ле­нии ме­ня­ет­ся ближ­ний по­ря­док и они ста­но­вят­ся жид­ки­ми ме­тал­ла­ми. Пе­ре­ход в ме­тал­лич. со­стоя­ние мн. ди­элек­три­ков и по­лу­про­вод­ни­ков при вы­со­ких дав­ле­ни­ях обыч­но свя­зы­ва­ют с уши­ре­ни­ем раз­ре­шён­ных зон и ис­чез­но­ве­ни­ем энер­ге­тич. ще­ли, обу­слов­лен­ным из­ме­не­ни­ем сим­мет­рии ре­шёт­ки. Воз­мож­но, этим оп­ре­де­ля­ет­ся на­ли­чие ме­тал­лич. яд­ра Зем­ли.

Во мно­гих ве­ще­ст­вах на­ли­чие ди­элек­трич. ос­нов­но­го со­стоя­ния (при Т=0 К) и П. м.–д. не объ­яс­ня­ют­ся од­но­элек­трон­ной зон­ной схе­мой и свя­за­ны с меж­элек­трон­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем. Напр., во мно­гих со­еди­не­ни­ях пе­ре­ход­ных и ред­ко­зе­мель­ных ме­тал­лов элек­тро­ны внут­рен­них час­тич­но за­пол­нен­ных d- или f-обо­ло­чек ока­зы­ва­ют­ся ло­ка­ли­зо­ван­ны­ми в ион­ном ос­то­ве. Для по­яв­ле­ния ме­тал­лич. про­во­ди­мо­сти не­об­хо­дим пе­ре­нос их на со­сед­ние ио­ны, что не­воз­мож­но вслед­ст­вие боль­шо­го про­иг­ры­ша в энер­гии ме­жэ­лек­трон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия (пе­ре­не­сён­ный «лиш­ний» элек­трон силь­но от­тал­ки­ва­ет­ся от уже имею­ще­гося на ио­не «сво­его» ло­ка­ли­зо­ван­но­го элек­тро­на). Ве­ще­ст­ва, яв­ляю­щие­ся ди­элек­три­ка­ми по этой при­чи­не, на­зы­ва­ют мот­тов­ски­ми ди­элек­три­ка­ми. К ним от­но­сят­ся, напр., ок­си­ды пе­ре­ход­ных ме­тал­лов ти­па NiO, СоО. П. м.–д. в по­доб­ных сис­те­мах мо­жет быть свя­зан с ис­чез­но­ве­ни­ем энер­ге­тич. ще­ли, напр. при из­ме­не­нии дав­ле­ния или темп-ры. Та­ко­ва, ви­ди­мо, при­ро­да П. м.–д. в V₂O₃ и в ана­ло­гич­ных со­еди­не­ни­ях, хо­тя оп­ре­де­лён­ный вклад в пе­ре­ход здесь мо­жет да­вать и взаи­мо­дей­ст­вие элек­тро­нов с ре­шёт­кой. П. м.–д. мот­тов­ско­го ти­па тес­но свя­зан с из­ме­не­ни­ем маг­нит­ных свойств ве­ще­ст­ва, т. к. ло­ка­ли­зо­ван­ные элек­тро­ны об­ла­да­ют ло­ка­ли­зо­ван­ным маг­нит­ным мо­мен­том. По­это­му ве­ще­ст­ва в фа­зе мот­тов­ско­го ди­элек­три­ка обыч­но име­ют маг­нит­ное упо­ря­до­че­ние (как пра­ви­ло, ан­ти­фер­ро­маг­нит­ное).

В не­упо­ря­до­чен­ных сис­те­мах со­стоя­ние элек­тро­на, дви­жу­ще­го­ся в слу­чай­ном (хао­ти­че­ском) по­тен­циа­ле, мо­жет ока­зать­ся ло­ка­ли­зо­ван­ным в про­стран­ст­ве, не­смот­ря на то, что его энер­ге­тич. спектр не­пре­ры­вен (ан­дер­со­нов­ская ло­ка­ли­за­ция). Под­виж­ность элек­тро­на об­ра­ща­ет­ся в нуль, и ве­ще­ст­во мо­жет ока­зать­ся ди­элек­три­ком. В этих слу­ча­ях П. м.–д. (или об­рат­ный пе­ре­ход) мо­жет быть вы­зван из­ме­не­ни­ем сте­пе­ни не­упо­ря­до­чен­но­сти сис­те­мы или из­ме­не­ни­ем кон­цен­тра­ции элек­тро­нов, ес­ли уро­вень Фер­ми пе­ре­се­чёт т. н. по­рог под­виж­но­сти и вый­дет в об­ласть де­ло­ка­ли­зо­ван­ных со­стоя­ний.

П. м.–д. ши­ро­ко ис­поль­зует­ся на прак­ти­ке, напр. в тер­ми­сто­рах и ре­зи­сто­рах, уст­рой­ст­вах для за­пи­си и хра­не­ния ин­фор­ма­ции.