SrTiO$_3$中电子向施主簇的坍缩
介观与纳米尺度物理
2015-07-23 v2
摘要
众所周知，电荷为 且 的原子核从真空中产生电子-正电子对。这些电子坍缩到原子核上，导致净电荷 ，而正电子被发射。该效应源于相对论性色散律。同样的原因导致在窄带隙半导体、Weyl半金属以及石墨烯中，电子坍缩到具有大电荷数 的带电杂质上。在本文中，在SrTiO (STO) 的施主簇中发现了类似的电子坍缩和电荷重整化效应，但起源非常不同。在低温下，STO具有极大的介电常数。因此，当电场不太小时，非线性介电响应占主导。我们表明，这导致当总电荷数 超过临界值 （其中 为晶格常数）时，周围电子坍缩到半径为 的带电球形施主簇上。利用Thomas-Fermi方法，我们发现净电荷 随 增长，直到 超过另一值 。此后， 保持约 。我们将结果推广到长圆柱形簇的情况。我们的预测可通过在STO表面创建电荷圆盘和条带来检验。
引用
@article{arxiv.1504.03675,
title = {Collapse of electrons to a donor cluster in SrTiO$_3$},
author = {Han Fu and K. V. Reich and B. I. Shklovskii},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.03675},
year = {2015}
}