Forschung: Universalitäts­klasse des Mott-Metall-Isolator-Übergangs

Das Schicksal eines Metalls mit einem halbgefüllten Leitungsband ist bestimmt durch die Stärke der effektiven Wechselwirkung zwischen den Elektronen. Ist die Wechselwirkung genügend groß, so wird aus dem Metall ein Mott-Isolator. Der metallische Zustand ist von dem Mott-isolierenden Zustand durch eine Linie von Phasenübergängen erster Ordnung getrennt, die in einem kritischen Endpunkt endet. Dies ist ähnlich zum Phasenübergang zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas und aufgrund dieser Analogie wurde lange Zeit angenommen, dass die kritischen Eigenschaften am Mott-Endpunkt durch die Ising-Universalitätsklasse beschrieben werden.

Diese Annahme hält jedoch nicht stand, wenn man die Schersteifigkeit des atomaren Gitters berücksichtigt [1] — eine Eigenschaft, die den Festkörper von Flüssigkeiten und Gasen unterscheidet. Immer wenn die Gitterfreiheitsgrade an einem Endpunkt involviert sind, gibt es aufgrund der langreichweitigen Scherkräfte keine kritischen Fluktuationen und mean-field Verhalten dominiert. Ein eindeutiger Hinweis für eine solche elastische Kopplung ist die Verletzung des Hookeschen Gesetzes am Mott-Übergang. In einer Kollaboration zwischen der TU Dresden und der Universität Frankfurt wurde diese Vorhersage nun mit Hilfe von hochauflösenden Messungen der atomaren Gitterkonstante an einem organischen Mott-Isolator bestätigt wie in der aktuellen Ausgabe von Science Advances berichtet wird [2].

[1] Mott Metal-Insulator Transition on Compressible Lattices,
M. Zacharias, L. Bartosch, and M. Garst, Phys. Rev. Lett. 109, 176401 (2012).

[2] Breakdown of Hooke’s law of elasticity at the Mott critical endpoint in an organic conductor, E. Gati, M. Garst, R. S. Manna, U. Tutsch, B. Wolf, L. Bartosch, H. Schubert, T. Sasaki, J. A. Schlueter, and M. Lang, Science Advances 2, e1601646 (2016).