Onda de densidad de espín (SDW) y onda de densidad de carga (CDW) son nombres para dos estados ordenados de sólidos similares de baja energía. Ambos estados ocurren a baja temperatura en materiales anisotrópicos de baja dimensión o en metales que tienen altas densidades de estados en el nivel de Fermi . Otros estados fundamentales de baja temperatura que se producen 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 donde está la magnitud de la brecha de energía abierta por la transición.
Fundamentalmente los SDW y CDW implican el desarrollo de una superestructura en forma de una modulación periódica en la densidad de los espines y cargas electrónicas con una frecuencia espacial característica que no se transforma según el grupo de simetría que describe las posiciones iónicas. La nueva periodicidad asociada con los CDW se puede observar fácilmente mediante microscopía de efecto túnel o difracción de electrones, mientras que los SDW más esquivos generalmente se observan 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 proporcional ; de lo contrario, la onda de densidad se denomina inconmensurable .
Algunos sólidos con alta densidad forman ondas, mientras que otros eligen un estado fundamental superconductor o magnético a bajas temperaturas, debido a la existencia de vectores de anidación en las superficies de Fermi de los materiales . El concepto de vector anidado se ilustra en la figura del famoso caso del cromo , que pasa de un estado paramagnético a un estado SDW a una temperatura Néel de 311 K. Cr es un metal cúbico centrado en el cuerpo cuya superficie de Fermi presenta muchos límites paralelos entre bolsas de electrones centradas en y bolsas de huecos en H. Estas grandes regiones paralelas pueden abarcarse mediante el vector de onda anidado que se muestra en rojo. La periodicidad en el espacio real de la onda de densidad de espín resultante viene dada por . La formación de un SDW con una frecuencia espacial correspondiente provoca la apertura de una brecha energética que reduce la energía del sistema. La existencia del SDW en Cr fue postulada por primera vez en 1960 por Albert Overhauser de Purdue . La teoría de los CDW fue propuesta por primera vez por Rudolf Peierls de la Universidad de Oxford , que intentaba explicar la superconductividad.
Muchos sólidos de baja dimensión tienen superficies de Fermi anisotrópicas que tienen vectores de anidamiento prominentes. Los ejemplos bien conocidos incluyen materiales en capas como NbSe 3 , [1] TaSe 2 [2] y K 0.3 MoO 3 (una fase de Chevrel ) [3] y conductores orgánicos cuasi-1D como TMTSF o TTF-TCNQ. [4] Los CDW también son comunes en la superficie de los sólidos, donde se les llama más comúnmente reconstrucciones de superficie o incluso dimerización. Las superficies a menudo soportan 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 CDW y se atribuyó a correlaciones ferromagnéticas. [6]
Las propiedades más intrigantes de las ondas de densidad son su dinámica. Bajo un campo eléctrico o magnético apropiado, una onda de densidad se "deslizará" en la dirección indicada por el campo debido a la fuerza electrostática o magnetostática. Normalmente, el deslizamiento no comenzará hasta que se exceda un campo umbral "depining" donde la onda puede escapar de un pozo potencial causado por un defecto. Por lo tanto, el movimiento histerético de las ondas de densidad no es diferente al de las dislocaciones o los dominios magnéticos . Por lo tanto, la curva corriente-tensión de un sólido CDW muestra una resistencia eléctrica muy alta hasta la tensión determinante, por encima de la cual muestra un comportamiento casi óhmico . Bajo el voltaje determinante (que depende de la pureza del material), el cristal es un aislante .
