Mott-Übergang

Mọtt-Übergang,

 

mọttscher Metạll-Isolator-Übergang [nach N. F. Mott],

 

 1) Festkörperphysik: Phasenübergang, bei dem sich die elektrische Leitfähigkeit eines Materials in Abhängigkeit von einem äußeren Parameter (Druck, Dotierung, Magnetfeld, Gitterkonstante) von metallisch zu isolierend ändert.

 

Einfachstes Beispiel ist ein dotierter Halbleiter bei so tiefer Temperatur, dass bei niedriger Konzentration von Donatoren (oder Akzeptoren) alle Ladungsträger an Störstellen gebunden sind und daher nicht zur Leitfähigkeit beitragen. Erhöht man die Konzentration der Störstellen so weit, dass sich die Wellenfunktionen der Ladungsträger überlappen, tritt bei einer kritischen Konzentration der Übergang in die metallische Phase auf, in der die Ladungsträger infolge der elektrostatischen Abschirmung nicht mehr an die Störstellen gebunden, sondern frei beweglich sind. Die isolierende Phase wird auch als Mott-Isolator bezeichnet. Eine genaue Theorie muss statistische Aspekte der Verteilung und Besetzung der Störstellen berücksichtigen (Perkolationstheorie). - Auch der Übergang eines Gases freier Exzitonen in ein metallisch leitendes Elektron-Loch-Plasma, wie in den Halbleitern Germanium, Silizium, Siliziumkarbid und Galliumphosphid nachgewiesen, ist ein Mott-Übergang.

 

 2) Quantenphysik: in Analogie zum Mott-Übergang der Festkörperphysik bezeichneter Quantenphasenübergang von einer superfluiden in eine kristalline Phase (Veröffentlichung 2002); er wurde in einem Bose-Einstein-Kondensat (Bose-Einstein-Kondensation) aus Rubidiumatomen in einem Lichtgitter bei Erhöhung der Lichtintensität nachgewiesen, die kristalline Phase wird als Mott-Isolator bezeichnet.

 

Die maßgebende physikalische Größe für den Übergang ist dabei nicht die elektrische Leitfähigkeit, sondern die mechanische Beweglichkeit neutraler Atome; der Phasenübergang erfolgt ähnlich wie beim Schmelzen beziehungsweise Erstarren zwischen zwei verschiedenen Aggregatzuständen. Der Zustand beweglicher Atome entspricht einer Flüssigkeit ohne innere Reibung, eine superfluide Quantenflüssigkeit, bei der die Wellenfunktionen der einzelnen Atome phasenkohärent zu einer einzigen Wellenfunktion für die gesamte Flüssigkeit verschmolzen sind. In der festkörperähnlichen kristallinen Phase des Mott-Isolators werden die Atome in den Potenzialmulden des dreidimensionalen Lichtgitters durch individuelle Wellenfunktionen beschrieben, deren Phasen nicht miteinander korreliert sind.