Techniklexikon

Ladungsdichtewellensysteme

kristalline Materialien, deren Gitter aufgrund einer starken Wechselwirkung mit den Elektronen (Elektron-Phonon-Wechselwirkung) bei einer gewissen Temperatur instabil werden, wobei sich spontan eine statische, periodische Gitterverzerrung ausbildet, die mit einer räumlich modulierten Ladungsdichteverteilung der Leitungselektronen einhergeht (charge density wave). Thermodynamisch stellt dies einen strukturellen Phasenübergang dar, der die Energie der Elektronen so weit absenkt, dass die mit der Gitterverzerrung verbundene elastische Energie überkompensiert wird. Die Gittermodulation verändert die elektronische Bandstruktur stark und kann Transportanomalien oder sogar einen Metall-Isolator-Übergang hervorrufen (Peierls-Instabilität).

Typischerweise liegt der Instabilität eine spezielle Gestalt der Fermi-Fläche zugrunde, die in einer bzw. zwei Dimensionen einfacher zu realisieren ist. Die Modulationsperioden hängen dann mit dem Fermi-Wellenvektor k_F zusammen und sind in der Regel keine Vielfachen der ursprünglichen Gitterperiodizität (inkommensurable Kristalle); bei weiterem Abkühlen können jedoch kommensurable Modulationen auftreten. Klassische Ladungsdichtewellensysteme sind Verbindungen des Typs MX₂ und MX₃ (M = V, Nb, Ta; X = S, Se, Te) mit stark geschichtetem Aufbau sowie organische Kristalle mit quasi-eindimensionaler elektrischer Leitung entlang von Molekülketten.