onda de densidad de espín

La onda de densidad de espín (SDW) y la onda de densidad de carga (CDW) son nombres para dos estados ordenados de baja energía similares en sólidos. Ambos estados se presentan a bajas temperaturas en materiales anisotrópicos de baja dimensionalidad o en metales que tienen altas densidades de estados en el nivel de Fermi.${\displaystyle N(E_{F})}$Otros estados fundamentales de baja temperatura que se presentan en dichos materiales son la superconductividad , el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo . La transición a los estados ordenados está impulsada por la energía de condensación, que es aproximadamente${\displaystyle N(E_{F})\Delta ^{2}}$dónde${\displaystyle \Delta }$es la magnitud de la brecha de energía abierta por la transición.

Fundamentalmente, las SDW y las CDW implican el desarrollo de una superestructura en forma de modulación periódica en la densidad de espines y cargas electrónicas con una frecuencia espacial característica.${\displaystyle q}$que no se transforma según el grupo de simetría que describe las posiciones iónicas. La nueva periodicidad asociada con las CDW se puede observar fácilmente usando microscopía de efecto túnel o difracción de electrones , mientras que las SDW más esquivas se observan típicamente mediante difracción de neutrones o mediciones de susceptibilidad . Si la nueva periodicidad es una fracción racional o un múltiplo de la constante de red , se dice que la onda de densidad es conmensurable ; de ​​lo contrario, la onda de densidad se denomina inconmensurable .

Algunos sólidos con un alto${\displaystyle N(E_{F})}$Algunos forman ondas de densidad, mientras que otros eligen un estado fundamental superconductor o magnético a bajas temperaturas, debido a la existencia de vectores de anidamiento en las superficies de Fermi de los materiales . El concepto de vector de anidamiento se ilustra en la Figura para el famoso caso del cromo , que transita de un estado paramagnético a un estado SDW a una temperatura de Néel de 311 K. El Cr es un metal cúbico centrado en el cuerpo cuya superficie de Fermi presenta muchos límites paralelos entre bolsillos de electrones centrados en${\displaystyle \Gamma }$y bolsas de agujeros en H. Estas grandes regiones paralelas pueden ser abarcadas por el vector de onda anidado.${\displaystyle q}$mostrado en rojo. La periodicidad en el espacio real de la onda de densidad de espín resultante viene dada por${\displaystyle 2\pi /q}$La formación de una onda de densidad de espín (SDW) con una frecuencia espacial correspondiente provoca la apertura de una brecha de energía que reduce la energía del sistema. La existencia de la SDW en el cromo fue postulada por primera vez en 1960 por Albert Overhauser de Purdue . La teoría de las ondas de densidad de carga (CDW) fue propuesta inicialmente por Rudolf Peierls de la Universidad de Oxford , quien intentaba explicar la superconductividad.

Muchos sólidos de baja dimensionalidad tienen superficies de Fermi anisotrópicas con vectores de anidamiento prominentes. Ejemplos bien conocidos incluyen materiales en capas como NbSe₃ _, [ ^{1 ] TaSe₂} [ ² _] ^y K₀.₃MoO₃ ₍ una fase de Chevrel ) ^[ ₃ ^] y conductores orgánicos cuasi ^- 1D como TMTSF o TTF-TCNQ. ^{[ 4 ]} Las CDW también son comunes en la superficie de los sólidos, donde se las suele llamar ^{reconstrucciones} superficiales o incluso dimerización. Las superficies suelen soportar CDW porque pueden describirse mediante superficies de Fermi bidimensionales como las de los materiales en capas. Se ha demostrado que las cadenas de Au e In sobre sustratos semiconductores exhiben CDW. ^{[ 5 ]} Más recientemente, se demostró experimentalmente que las cadenas monoatómicas de Co sobre un sustrato metálico exhiben una inestabilidad de CDW, que se atribuyó a correlaciones ferromagnéticas. ^{[ 6 ]}

Las propiedades más fascinantes de las ondas de densidad son su dinámica. Bajo un campo eléctrico o magnético adecuado, una onda de densidad se "desliza" en la dirección indicada por el campo debido a la fuerza electrostática o magnetostática. Normalmente, el deslizamiento no comienza hasta que se supera un campo umbral de "desanclaje", donde la onda puede escapar de un pozo de potencial causado por un defecto. Por lo tanto, el movimiento histerético de las ondas de densidad es similar al de las dislocaciones o los dominios magnéticos . La curva corriente-voltaje de un sólido con ondas de densidad de carga muestra, por consiguiente, una resistencia eléctrica muy alta hasta el voltaje de desanclaje, por encima del cual muestra un comportamiento casi óhmico . Por debajo del voltaje de desanclaje (que depende de la pureza del material), el cristal es un aislante .

• Transición de Peierls
• Superestructura (materia condensada)

1. Un artículo pedagógico sobre el tema: "Ondas de densidad de carga y espín", Stuart Brown y George Gruner, Scientific American 270, 50 (1994).
2. Obra autorizada sobre Cr: Fawcett, Eric (1988-01-01). "Antiferromagnetismo de onda de densidad de espín en cromo". Reviews of Modern Physics . 60 (1). American Physical Society (APS): 209– 283. Bibcode : 1988RvMP...60..209F . doi : 10.1103/revmodphys.60.209 . ISSN 0034-6861 . 
3. Acerca de las superficies de Fermi y el anidamiento: Estructura electrónica y propiedades de los sólidos, Walter A. Harrison, ISBN 0-486-66021-4.
4. Observación de CDW por ARPES : Borisenko, SV; Kordyuk, AA; Yaresko, AN; Zabolotnyy, VB; Inosov, DS; et al. (2008-05-13). "Pseudogap y ondas de densidad de carga en dos dimensiones" . Physical Review Letters . 100 (19) 196402. arXiv : 0704.1544 . Bibcode : 2008PhRvL.100s6402B . doi : 10.1103 / physrevlett.100.196402 . ISSN 0031-9007 . PMID 18518466. S2CID 5532038 .    
5. Inestabilidad de Peierls.
6. Una revisión exhaustiva de experimentos hasta 2013 por Pierre Monceau. Monceau, Pierre (2012). "Cristales electrónicos: una visión general experimental". Advances in Physics . 61 (4). Informa UK Limited: 325– 581. arXiv : 1307.0929 . Bibcode : 2012AdPhy..61..325M . doi : 10.1080/00018732.2012.719674 . ISSN 0001-8732 . S2CID 119271518 .