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| Book/Report | FZJ-2019-00465 |
1995
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21270
Report No.: Juel-3034
Abstract: Bilden Atome oder Moleküle einen Festkörper mit einer periodischen Gitterstruktur, so überlappen sich die lokalisierten elektronischen Zustände und breiten sich ähnlich wie ebene Wellen über das gesamte Gitter aus. Dieser von F. Bloch [Blo28] bereits 1928 aufgezeigte Mechanismus ist dafür verantwortlich, daß die Elektronen im Kristall „ fließen", ihn also elektrisch leitend machen können. Das resultierende Energiespektrum weist eine Bandstruktur auf, wobei man die durch sogenannte $\textit{Bandlücken}$ getrennten verschiedenen Energiebänder in der Regel den ursprünglichen atomaren Orbitalen zuordnen kann. Die Elektronen der energetisch tiefliegenden Orbitale bleiben wegen der hohen Energiebarriere praktisch fest gebunden, nur die Elektronen der hochliegenden Bänder sind effektiv beweglich. Diese bestimmen wesentliche Eigenschaften des Festkörpers, insbesondere sein metallisches Verhalten. Neben dem Ladungstransport sind die beweglichen Elektronen aber auch für magnetische Eigenschaften von Festkörpern, wie dem Ferromagnetismus der 3d-Übergangsmetalle $\textit{Fe,Co}$ und $\textit{Ni}$ und dem Antiferromagnetismus von $\textit{Cr}$ und $\textit{Mn}$ in der gleichen Reihe, verantwortlich, (Für einen Überblick siehe [Mat81].) Zur Erklärung dieses $\textit{Bandmagnetismus}$ ist die Berücksichtigung der Coulombwechselwirkung zwischen den Elektronen erforderlich. Seit langem ist bekannt, daß der Magnetismus nicht durch magnetische sondern elektrostatische Wechselwirkungen in Verbindung mit dem Pauli-Prinzip hervorgerufen wird. Unter welchen Bedingungen in Systemen beweglicher Elektronen welche Art von magnetischer Ordnung auftreten kann, ist aber bis heute weitgehend unverstanden. Im Bereich der Transporteigenschaften ist insbesondere das Verschwinden der Leitfähigkeit, der $\textit{Metall-Isolator-Übergang}$ von Interesse$^{1}$. Während im oben skizzierten Bändermodell bei ungerader Anzahl von Elektronen pro Elementarzelle wegen des nur teilweise gefüllten Leitungsbandes stets ein Metall vorliegt, ist dies in realen Substanzen, nicht immer der Fall. Beispiele sind die Legierungen $\textit{$N_{i}$O}$, welches unterhalb von 250°C zu einen antiferromagnetischen Isolator wird, und $\textit{VO$_{2}$}$, das in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur einen wechselwirkmagsinduzierten Metall-Isolator-Übergang, den sog. $\textit{Mott-Hubbard- Übergang}$, zeigt. (Eine Übersicht über verschiedene Metall-Isolator-Übergange [...]
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