ВО́ЛНЫ ЗАРЯ́ДОВОЙ ПЛО́ТНОСТИ

ВО́ЛНЫ ЗАРЯ́ДОВОЙ ПЛО́ТНОСТИ, воз­ни­каю­щие в ме­тал­ле про­стран­ст­вен­но-пе­рио­ди­че­ские сме­ще­ния ио­нов и элек­трон­ной плот­но­сти. Об­ра­зо­ва­ние В. з. п. обу­слов­ле­но уча­ст­ка­ми на фер­ми-по­верх­но­сти ме­тал­ла, со­вме­щаю­щи­ми­ся при па­рал­лель­ном пе­ре­но­се на не­ко­то­рый вол­но­вой век­тор, ко­то­рый и яв­ля­ет­ся вол­но­вым век­то­ром В. з. п. В рай­оне та­ких уча­ст­ков на по­верх­но­сти Фер­ми об­ра­зу­ет­ся энер­ге­тич. щель в спек­тре элек­тро­нов. В ре­зуль­та­те при по­ни­же­нии темп-ры умень­ша­ет­ся энер­гия элек­трон­ной под­сис­те­мы, что и яв­ля­ет­ся при­чи­ной фа­зо­во­го пе­ре­хо­да в со­стоя­ние с В. з. п. По­яв­ле­ние энер­ге­тич. ще­ли при­во­дит к умень­ше­нию элек­трич. про­во­ди­мо­сти ме­тал­ла. Осо­бен­но за­ме­тен этот эф­фект в ква­зи­од­но­мер­ных про­вод­ни­ках, т. е. в силь­но ани­зо­троп­ных кри­стал­лах, со­стоя­щих из сла­бо свя­зан­ных про­во­дящих це­по­чек, где по­верх­ность Фер­ми со­сто­ит из поч­ти пло­ских уча­ст­ков, так что энер­ге­тич. щель мо­жет об­ра­зо­вать­ся на всей по­верх­но­сти Фер­ми, и про­изой­дёт пе­ре­ход в ди­элек­трич. со­стоя­ние. Та­кой пе­ре­ход был пред­ска­зан англ. фи­зи­ком Р. Пай­ер­лсом в 1955 (т. н. пе­реход Пай­ер­лса). При­ме­ры ква­зи­од­но­мер­ных про­вод­ни­ков с В. з. п.: «го­лу­бая брон­за» ($\ce{K_{0,3}MoO3}$ ), три­халь­ко­ге­ни­ды пе­реход­ных ме­тал­лов ($\ce{NbSe3, TaS3}$), ор­ганич. про­вод­ни­ки (ком­плекс тет­ра­тиа­фуль­вале­на с тет­ра­циа­но­хи­но­ди­ме­та­ном $\ce{TTF-TCNQ}$, по­ли­аце­ти­лен). Темп-ра фа­зо­во­го пе­ре­хо­да обыч­но ле­жит в пре­де­лах от 4,2 $\ce{K}$ до ком­нат­ной.

Фор­ми­ро­ва­ние В. з. п. об­на­ру­жи­ва­ет­ся по по­яв­ле­нию са­тел­ли­тов (до­пол­нит. сла­бых пи­ков) в спек­трах рас­сея­ния ней­тро­нов, бы­ст­рых элек­тро­нов и рент­ге­нов­ских лу­чей вбли­зи осн. ди­фрак­ци­он­ных пи­ков ис­ход­ной ре­шёт­ки, а так­же по умень­ше­нию про­во­ди­мо­сти ме­тал­ла. Ди­элек­трик или по­лу­ме­талл, воз­ни­каю­щий в ре­зуль­та­те пе­ре­хо­да Пай­ер­лса, об­ла­да­ет не­обыч­ны­ми свой­ст­ва­ми, обу­с­лов­лен­ны­ми дви­же­ни­ем и де­фор­ма­ци­ей В. з. п. под дей­ст­ви­ем элек­три­че­ско­го по­ля. Пе­ре­нос за­ря­да за счёт дви­же­ния В. з. п. яв­ля­ет­ся кол­лек­тив­ным ме­ха­низ­мом про­во­ди­мо­сти, пред­ло­жен­ным впер­вые англ. фи­зи­ком Г. Фрё­ли­хом в 1954. В ре­аль­ных кри­стал­лах В. з. п. фик­си­ру­ют­ся де­фек­та­ми, по­это­му дви­же­ние В. з. п. про­ис­хо­дит в вы­со­ко­час­тот­ных элек­трических по­лях или по­сто­ян­ных по­лях, пре­вы­шаю­щих не­ко­то­рое по­ро­го­вое зна­че­ние. В. з. п. при­во­дят к боль­шой по­ля­ри­зуе­мо­сти элек­трон­ной сис­те­мы, что вы­ра­жа­ет­ся в ог­ром­ной ди­элек­три­че­ской про­ни­цае­мо­сти, дос­ти­гаю­щей 10⁷ на низ­ких час­то­тах. Вклад В. з. п. в про­во­ди­мость мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся не толь­ко за счёт их дви­же­ния как це­ло­го, но и за счёт об­ра­зо­ва­ния и дви­же­ния не­ли­ней­ных воз­му­ще­ний – со­ли­то­нов и дис­ло­ка­ций. К нач. 21 в. ма­те­риа­лы с В. з. п. ши­ро­ко­го при­ме­не­ния в тех­ни­ке не на­шли.