質問: モット絶縁体について “モット絶縁体”って半導体ですか?絶縁体ですか? もしくは半導体や絶縁体の性質に関係はないのですか? 僕が調べたデータによると cu2oはバンドギャップ 2.2 ev で半導体 cuoはバンドギャップ 1.4 ev で半導体 cuoはモット絶縁体 でした。 cuoのほうがバンドギャップが小さいのに、モット絶縁体ということになってしまいました。 バンドギャップとモット絶縁体は関係あるのか、それともないのか、教えてください。
回答: バンド構造、つまりバンドギャップが原因による絶縁体をバンド絶縁体といいます。一方、電子の間にはたらくクーロン相互作用による絶縁体をモット絶縁体と いいます。 ある結晶を考えてサイトあたりに平均1個の電子があると想像しましょう。このとき 当然となりのサイトに飛び移ろうとする電子もいますがサイトあたりの平均占有数が1ならとなりのサイトには既に先客の電子がいることになります。このとき同じサイトに2個の電子が存在することになりますが、同じサイトにある(スピン↑と↓の)2つの電子はすごく近距離にいることになり大きなクーロン反発力が生じます。 このクーロン反発が(電子の飛び移りと比べて)十分大きかったらどうなるでしょう。となりのサイトに移ろうとすると巨大なクーロン反発を感じ、結果電子は自由に動くことができなくなり、あるサイトのまわりに局在することになります。このような電子の局在化による絶縁体をモット絶縁体といいます。 キーワードは「モット絶縁体」「クーロン」「ハバードモデル」あたりです。