Волны зарядовой плотности

ВОЛНЫ ЗАРЯДОВОЙ ПЛОТНОСТИ, возникающие в металле пространственно-периодические смещения ионов и электронной плотности. Образование волн зарядовой плотности обусловлено участками на ферми-поверхности металла, совмещающимися при параллельном переносе на некоторый волновой вектор, который и является волновым вектором волн зарядовой плотности. В районе таких участков на поверхности Ферми образуется энергетическая щель в спектре электронов. В результате при понижении температуры уменьшается энергия электронной подсистемы, что и является причиной фазового перехода в состояние с волнами зарядовой плотности. Появление энергетической щели приводит к уменьшению электрической проводимости металла. Особенно заметен этот эффект в квазиодномерных проводниках, т. е. в сильно анизотропных кристаллах, состоящих из слабо связанных проводящих цепочек, где поверхность Ферми состоит из почти плоских участков, так что энергетическая щель может образоваться на всей поверхности Ферми, и произойдёт переход в диэлектрическое состояние. Такой переход был предсказан английским физиком Р. Пайерлсом в 1955 году (так называемый переход Пайерлса). Примеры квазиодномерных проводников с волнами зарядовой плотности: «голубая бронза» (K_0,3MoO₃), трихалькогениды переходных металлов (NbSe₃, TaS₃), органические проводники (комплекс тетратиафульвалена с тетрацианохинодиметаном TTF-TCNQ, полиацетилен). Температура фазового перехода обычно лежит в пределах от 4,2 К до комнатной.

Формирование волн зарядовой плотности обнаруживается по появлению сателлитов (дополнительных слабых пиков) в спектрах рассеяния нейтронов, быстрых электронов и рентгеновских лучей вблизи основных дифракционных пиков исходной решётки, а также по уменьшению проводимости металла. Диэлектрик или полуметалл, возникающий в результате перехода Пайерлса, обладает необычными свойствами, обусловленными движением и деформацией волн зарядовой плотности под действием электрического поля. Перенос заряда за счёт движения волн зарядовой плотности является коллективным механизмом проводимости, предложенным впервые английским физиком Г. Фрёлихом в 1954 году. В реальных кристаллах волны зарядовой плотности фиксируются дефектами, поэтому движение волн зарядовой плотности происходит в высокочастотных электрических полях или постоянных полях, превышающих некоторое пороговое значение. Волны  зарядовой плотности приводят к большой поляризуемости электронной системы, что выражается в огромной диэлектрической проницаемости, достигающей 10⁷ на низких частотах. Вклад волн зарядовой плотности в проводимость может осуществляться не только за счёт их движения как целого, но и за счёт образования и движения нелинейных возмущений - солитонов и дислокаций. К началу 21 века материалы волн зарядовой плотности широкого применения в технике не нашли.

Лит.: Grüner G. Density waves in solids. Reading, 1994.