La onda de densidad de espín (SDW) y la onda de densidad de carga (CDW) son nombres para dos estados ordenados de baja energía similares de los sólidos. 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 ocurren en tales materiales son la superconductividad , el ferromagnetismo y el antiferromagnetismo . La transición a los estados ordenados es impulsada por la energía de condensación que es aproximadamente donde es la magnitud de la brecha de energía abierta por la transición.
Fundamentalmente, las ondas de onda de densidad (SDW) y ondas de onda de densidad de onda (CDW) implican el desarrollo de una superestructura en forma de una modulación periódica en la densidad de los espines y cargas electrónicos con una frecuencia espacial característica que no se transforma de acuerdo con el grupo de simetría que describe las posiciones iónicas. La nueva periodicidad asociada con las ondas de onda de densidad de onda se puede observar fácilmente utilizando microscopía de efecto túnel de barrido o difracción de electrones , mientras que las ondas de onda de densidad de onda más elusivas se observan típicamente 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 conmensurable ; de lo contrario, la onda de densidad se denomina inconmensurable .
Algunos sólidos con una alta densidad de forma ondas mientras que otros eligen un estado fundamental superconductor o magnético a bajas temperaturas, debido a la existencia de vectores de anidamiento en las superficies de Fermi de los materiales . El concepto de un vector de anidamiento se ilustra en la Figura para el famoso caso del cromo , que pasa de un estado paramagnético a SDW a una temperatura de Néel de 311 K. Cr es un metal cúbico centrado en el cuerpo cuya superficie de Fermi presenta muchos límites paralelos entre bolsillos de electrones centrados en y bolsillos de huecos en H. Estas grandes regiones paralelas pueden ser abarcadas por el vector de onda de anidamiento que se muestra en rojo. La periodicidad del espacio real de la onda de densidad de espín resultante está dada por . La formación de una SDW con una frecuencia espacial correspondiente provoca la apertura de una brecha de energía que reduce la energía del sistema. La existencia de la SDW en Cr fue postulada por primera vez en 1960 por Albert Overhauser de Purdue . La teoría de las CDW fue propuesta por primera vez por Rudolf Peierls de la Universidad de Oxford , quien intentaba explicar la superconductividad.
Muchos sólidos de baja dimensión tienen superficies de Fermi anisotrópicas que tienen vectores de anidación prominentes. 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] Las CDW también son comunes en la superficie de los sólidos donde se las llama más comúnmente reconstrucciones de superficie o incluso dimerización. Las superficies tan a menudo admiten 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 en sustratos semiconductores exhiben CDW. [5] Más recientemente, se demostró experimentalmente que las cadenas monoatómicas de Co en un sustrato metálico exhiben una inestabilidad de 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 supere un campo umbral de "desprendimiento" donde la onda puede escapar de un pozo de potencial causado por un defecto. Por lo tanto, el movimiento histérico de las ondas de densidad no es diferente al de las dislocaciones o los dominios magnéticos . La curva de corriente-voltaje de un sólido CDW muestra, por lo tanto, una resistencia eléctrica muy alta hasta el voltaje de desprendimiento, por encima del cual muestra un comportamiento casi óhmico . Bajo el voltaje de desprendimiento (que depende de la pureza del material), el cristal es un aislante .
