Ученые раскрыли тайну примесных изоляторов Мотта
В отличие от низкотемпературных... Исследователи из Иллинойсcкого университета нашли причину возникновения свойств изоляторов у материалов, известных как примесные изоляторы Мотта.
В отличие от низкотемпературных сверхпроводников, которые являются металлами, то есть проводниками, высокотемпературные сверхпроводники в их обычном состоянии — изоляторы. Почему так происходит, долгое время являлось загадкой для ученых. Полупроводники, имеющие свойства изоляторов при высокой неупорядоченности кристаллической решетки, получили название «изолятор Мотта» или «упорядоченная жидкость». «У изоляторов Мотта есть достаточное количество свободных электронов для того, чтобы проводить ток, но этого не происходит. И более того, не произойдет, даже если ввести в них небольшую примесь „дырок“, что, по идее, должно увеличить их проводимость. Материалы все равно останутся изоляторами», — заявил профессор физики Филип Филипс (Philip Phillips), ведущий исследователь.
Ключом к разгадке оказалось изучение механизма электронных взаимодействий. Как выяснилось, энергетические градации внутри примесных изоляторов Мотта сильно и неразрывно связаны между собой. Это свойство физической структуры этих материалов, называемое моттностью (мottness). Функция изолятора не связана с внешними воздействиями или дефектами кристаллической решетки. Если попытаться разрушить сверхпроводимость, например, с помощью сильных магнитных полей, удельное сопротивление обычных материалов будет увеличиваться до некоторого предела, а у примесных изоляторов Мотта оно будет увеличиваться до бесконечности.
Будущие эксперименты могут легко доказать заявления исследователей. Если вместо обычной технологии химического добавления «дырок» в материал, использовать технологию «фотодопинга» (photodoping), это позволит подмешать «дырки», не разрушая структуры материала. «Если экспериментаторы не смогут вывести материал из изолирующего состояния путем примешивания „дырок“, значит будет доказано влияние моттности», — сказал Филипс.