miniatura|460x460px|L'estructura perovskita del BSCCO, un superconductor d'alta temperatura i un material fortament correlacionat. Els materials fortament correlacionats són una àmplia classe de compostos que inclouen aïllants i materials electrònics, i mostren propietats electròniques i magnètiques inusuals (sovint tecnològicament útils), com ara transicions metall-aïllant, comportament de fermions pesants, semimetal·licitat i separació de càrrega d'espín. La característica essencial que defineix aquests materials és que el comportament dels seus electrons o espinons no es pot descriure eficaçment en termes d'entitats que no interactuen. Els models teòrics de l'estructura electrònica (fermiònica) dels materials fortament correlacionats han d'incloure la correlació electrònica (fermiònica) per ser precisos. Recentment, l'etiqueta materials quàntics també s'utilitza per referir-se a materials fortament correlacionats, entre d'altres.
Òxids de metalls de transició Molts òxids de metalls de transició pertanyen a aquesta classe que es pot subdividir segons el seu comportament, per exemple, materials espintrònics d'alta Tc, multiferroics, aïllants de Mott, materials de Peierls d'espín, materials de fermions pesants, materials de quasi baixa dimensionalitat, etc. L'efecte individual més estudiat és probablement la superconductivitat a alta temperatura en cuprats dopats, per exemple , La2− xSrxCuO4 . Altres fenòmens d'ordenació o magnètics i transicions de fase induïdes per la temperatura en molts òxids de metalls de transició també es recullen sota el terme "materials fortament correlacionats".
Estructures electròniques Normalment, els materials fortament correlacionats tenen capes d'electrons d o f incompletament plenes amb bandes d'energia estretes. Ja no es pot considerar cap electró del material com si estigués en un "mar" del moviment mitjà dels altres (també conegut com a teoria del camp mitjà). Cada electró té una influència complexa sobre els seus veïns.
El terme "correlació forta" es refereix al comportament dels electrons en sòlids que no està ben descrit (sovint ni tan sols de manera qualitativament correcta) per teories simples d'un electró com l'aproximació de la densitat local (LDA) de la teoria funcional de la densitat o la teoria de Hartree-Fock. Per exemple, el material aparentment simple NiO té una banda 3d parcialment plena (l'àtom de Ni té 8 de 10 possibles electrons 3d) i, per tant, s'esperaria que fos un bon conductor. Tanmateix, la forta repulsió de Coulomb (un efecte de correlació) entre els electrons d fa que el NiO sigui un aïllant de banda ampla. Per tant, els materials fortament correlacionats tenen estructures electròniques que no són ni simplement semblants a les d'electrons lliures ni completament iòniques, sinó una barreja d'ambdues.
Teories S'han proposat i desenvolupat extensions de la LDA (LDA+U, GGA, SIC, GW, etc.), així com models hamiltonians simplificats (per exemple, models tipus Hubbard), per descriure fenòmens que es deuen a una forta correlació electrònica. Entre ells, la teoria dinàmica del camp mitjà (DMFT) captura amb èxit les principals característiques dels materials correlacionats. Els esquemes que utilitzen tant LDA com DMFT expliquen molts resultats experimentals en el camp dels electrons correlacionats.
Estudis estructurals Experimentalment, l'espectroscòpia òptica, les espectroscòpies d'electrons d'alta energia, la fotoemissió ressonant i, més recentment, la dispersió de raigs X inelàstica ressonant (dura i tova) (RIXS) i l'espectroscòpia de neutrons s'han utilitzat per estudiar l'estructura electrònica i magnètica de materials fortament correlacionats. Les signatures espectrals observades per aquestes tècniques que no s'expliquen per la densitat d'estats d'un electró sovint estan relacionades amb forts efectes de correlació. Els espectres obtinguts experimentalment es poden comparar amb les prediccions de certs models o es poden utilitzar per establir restriccions als conjunts de paràmetres. Per exemple, s'ha establert un esquema de classificació dels òxids de metalls de transició dins de l'anomenat diagrama de Zaanen-Sawatzky-Allen.
Aplicacions La manipulació i l'ús de fenòmens correlacionats té aplicacions com ara imants superconductors i en l'emmagatzematge magnètic (CMR) tecnologies. S'han explorat altres fenòmens com la transició metall-aïllant en VO2 com a mitjà per fer finestres intel·ligents per reduir les necessitats de calefacció/refrigeració d'una habitació. A més, les transicions metall-aïllant en materials aïllants de Mott com el LaTiO3 es poden ajustar mitjançant ajustaments en l'ompliment de la banda per poder utilitzar-se potencialment per fer transistors que utilitzarien configuracions convencionals de transistors d'efecte de camp per aprofitar el canvi brusc de conductivitat del material. Els transistors que utilitzen transicions metall-aïllant en aïllants de Mott sovint es denominen transistors de Mott i s'han fabricat amb èxit utilitzant VO2 anteriorment, però han requerit els camps elèctrics més grans induïts per líquids iònics com a material de porta per funcionar.
Referències
Categoria:Mecànica quàntica Categoria:Electromagnetisme