物理百科

安德森转变

2022-12-24

Anderson transition

简介

从Anderson无序模型的结果可知,当无量纲的无序参量δ(=W/(2Z|V|))足够大时,三维系统中全为局域态,随着δ的减小,当到达临界值δ=δc时,开始出现扩展态. 如果继续减小δ,扩展态区还将不断增大,这时将同时存在扩展态与局域态,对于非晶半导体,由于势场的无规起伏还没有达到临界值(δ≲δc),系统中将既有扩展态,也有局域态.扩展态分布于能带中心,局域态在带尾部分,并有一个划分局域态与扩展态的能量分界(迁移率边); 如下图所示,其中N(E)为能态密度,EC与 Ev分别为导带与价带的迁移率边,而图中的阴影区则代表局域态区域,这就是非晶半导体的Mott模型. 如果Fermi能级位于图中局域态区,则电子只能从一个格点跳向另一个格点(或电子先从局域态激发到扩展态,然后再传导),这种热激活的传导方式是绝缘体的特征,其零温电导率必然消失. 这时若改变系统中电子浓度,使Fermi能级与迁移率边EC发生相对移动,则Fermi能级可能跨越EC,最后位于扩展态区域之中,使系统表现出金属特征. 在这里发生了从绝缘体向金属的转变(M-I转变),Mott称之为Anderson转变.

非晶半导体的电子态密度

尽管Anderson转变与Mott转变都涉及M-I转变,但两者的物理机制是不相同的.Anderson转变是从单电子图象发展出来的,它来源于无序效应,是通过改变无序度(如改变电子浓度的掺杂)导致Fermi能级附近电子态从扩展态变为局域态,从而产生的M-I转变. 至于Mott转变,它是由狭带中电子间的强关联所产生的,是一种多体效应.Mott转变甚至在完整晶格中也会发生.

Anderson转变将使无序系统中电子的一系列特性发生显著变化,例如在掺杂半导体的M-I转变实验中,将观测到表征绝缘体特性的指数激活型的导电率-温度依赖关系,被一个很弱的温度依赖关系所取代,并在T→0 K时电导率取非零的有限值,而反映金属性的传导特征.

近年来对Anderson转变的研究集中于讨论从扩展态到局域态是突然变化还是逐渐变化的问题. 这涉及到非晶系统中是否存在Mott迁移率边和最小金属电导率等基本问题.

拓展资料

安德森模型金属-绝缘体转变