1. 전하밀도파(Charge Density Waves, CDW)

모종의 이유로 결정의 반복되는 주기가 바뀌는 현상을 이야기 하는데

모종의 이유는 크게 두가지 방향으로 접근함

(1)파이얼스 불완정성 (Peierls instability)

 가장 교과서적인 접근으로 1,2차원 전자 시스템에서 벌어짐. 대표적인 예시로는 폴리아세틸렌이 있음.

어? 물리쟁이들이 왜 유기화학 썰 푸냐고 할 수 있겠지만, 애당초 저 폴리아세틸렌의 전도성을 해석한 사람이

(Heeger, 이걸로 노벨화학상 받은 사람) 물리학 전공자임.

그림-폴리아세틸렌 구조, (위) X1주기 (아래) X2주기

1배 주기(X1)의 공유결합 형태를 보면 자유전자가 탄소 하나당 한개씩 있음을 알게되고, 파울리 베타 원리에 의해
전자는 최대치의 절반 (half-filled)상태임을 알 수 있음.

그런데, 1차원에서 금속성을 가지게 되면 Fermi-surface nesting에 의해 전자가 산란하는 빈도를 계산할 시
(Lindhard responce theory) 2kF의 운동량을 주는 산란에서 발산하게 됨.

따라서 특정 온도 이하에서는 이게 불안정 해지면서 X2주기의 형태로 구조가 변하게 됨.

그래서 반복 단위당 전자가 두개가 되면서 Full filled상태가 되어버림. 그럼 금속이 부도체로 바뀌게 됨.

(2) 포논에 대한 불안정성

요즘 CDW에서 많이 연구되고 있는데, Kohn Anormaly라고도 함.

그림- 카고메 물질(원자배열이 그랑죠 모양임)의 전하밀도파 설명 e,f가 Kohn Anormaly를 보여준다.

위 그림처럼, 온도가 내려가면서 특정 포논모드의 frequency(오메가)값이 음수 혹은 허수로 내려가는 상황이 벌어지게 됨.

이사태가 벌어진다는 뜻은 기존 형태를 유지하지 못하는 불안정한 상태라는 뜻이 되며, 그림e,f에 제시된 Q라는 운동량에
맞는 주기성으로 구조가 틀어지게 된다는 말임.

2. 업데이트 된 내용은 뭘로 볼 수 있는가?

이전 내 글에도 말 했듯 뭔가 상전이는 일어난게 맞음. 그런데 Peierls Instability는 고온-금속, 저온-부도체 이론임.
따라서 후자(포논 불안정성)로 볼 법도 한데. 문제는 저자들이 CDW가 맞다는 그 어떤 증거도 제시하지 않고 있음.

온도에 따른 Structure Phase transition이 제시되지 않으면 CDW를 주장 할 수 없음. 

도핑에 따라 특정XRD 픽이 달라지는 것을 보여주긴 하는데 그건 Phase diagram상에 또 다른 컨트롤 축인거고.

여담: 저항값 보니까 왜 처음에 I-V curve만 보여줬는지 단박에 이해됨.

세줄요약

CDW근거 약함

맞더라도 Peierls Instability는 아님

저항값에서 초전도라 볼 수 없으며 4point contact으로 저항값 찍은게 아니라면 실험 실수한 것임.