导体与非导体的能带结构不同,而且导体的电导主要决定于Fermi面附近的情况. 一定的外界条件如果能够影响到能带结构或Fermi能级,则就可以引起从导体 (金属)向非导体(绝缘体)的转变或相反的转变. 这种金属-绝缘体之间的相互转变可以有以下几种情况：
一Anderson转变~
无序固体系统中的电子有扩展态和定域态两种. 处于扩展态的电子导电性能好,材料呈现出金属性质; 处于定域态的电子导电性能差,材料呈现出绝缘体性质. 而材料的总电导主要决定于Fermi面附近电子的贡献,因此,当Fermi能级位于扩展态区域时,即呈现出金属的导电性;当Fermi能级位于定域态区域时,即呈现出绝缘体的导电性.如果改变条件(例如改变电子浓度,使填充能带的Fermi能级位置不同; 或者改变固体的无序度,使迁移率边的位置移动),就可以使Fermi能级从定域态区域进入扩展态区域,致使电导从绝缘体性转变为金属性,反之依然.这就是Anderson转变.
Fermi玻璃~ 是Fermi能级处于定域态时的无序固体系统. 其中的电子借助于声子的帮助,可以从从一个定域态跃迁到另一个定域态,从而产生一定的电导,并且电导率随着温度的升高表现出热激活的性质,电阻温度系数为负.
二 Mott转变~
孤立原子的电子能级对应于比较狭窄的能带,原子能级理当不导电,但是如果能带是不满的,则仍将可以导电. 这说明这时单电子的能带模型已经不再适用,需要考虑电子的相关效应~ 两个电子之间的Coulomb排斥能——相关能U (Hubbard能). 当原子靠近组成晶体时,能级展宽为能带,相应有下Hubbard能带和上Hubbard能带. 如果 相邻原子电子波函数的重叠很小,则能带宽度窄, 上、下Hubbard能带是分离的, 这时若下Hubbard能带是满的,上Hubbard能带是空的,于是呈现出绝缘体性质; 如果原子靠近,使得相邻原子电子波函数的重叠较大时,则上、下Hubbard能带将发生交叠而都成为不满带,于是呈现出金属的导电性质. 因此,随着原子间距的变化, 由于上、下Hubbard能带的交叠与否,就可以发生金属-绝缘体之间的转变,这称为Mott转变.
三 Wilson转变~
对于绝缘体,若满带与空带重叠,即成为不满带,则成为了导体. 实验已经证明: 任何绝缘体在足够大的压强下都可以实现价带和导带的重叠,从而可转变为导体; 电阻率将将变化几个数量级,同时电阻率的温度系数从负变为正. 这种与能带是否交叠有关的金属-绝缘体转变,称为Wilson转变. 从绝缘体态转变为金属态所需要的压强称为金属化压强.
四 Peierls转变~
对于具有不满带的金属,当晶格常数增大使得能带分裂时,若Brillouin区缩小, 使Brillouin区边界正好落在Fermi面上,则能带即变成了满带和空带,材料就转变为绝缘体. 这种由于晶体结构变化 所引起的金属-绝缘体转变就称为Peierls转变.
