在什麼條件下絕緣體能轉變成導體？

12-27

高溫？高壓？強磁場？強電場？

金屬絕緣體相變是凝聚態物理中一個非常重要的問題。這學期在上一門相關的課，藉此複習一下。
1. Wilson轉變
Wilson轉變通常是由高壓所導致的。從緊束縛模型，我們可以知道，當晶體中的原子間距減小時，各原子的同一軌道會發生混合，導致能級展寬產生能帶，如下圖所示。

晶格常數越小，軌道交疊越多，能帶越寬。假設原來費米面落在兩個能帶中間。隨著外界壓強增大，晶格常數變小，能帶變寬。當能帶寬到費米面上下兩個能帶交疊時，價帶頂的部分電子會轉移到導帶底，此時費米面附近態密度大於零，絕緣體變成金屬。如下圖所示。

2. Mott絕緣體
上面說的Wilson轉變純粹在能帶論範圍內就可以解釋，然而Mott絕緣體需要考慮電子間相互作用。還是從緊束縛模型出發，如果考慮當兩個電子佔據同一個原子的同一軌道時存在庫倫排斥能，則電子的哈密頓量可以寫成
$H=-tsum_{<i,j> sigma}^{}{c_{isigma}^dagger c_{jsigma}}+Usum_{i}^{}{n_{i,uparrow}n_{i,downarrow}}$
此即Hubbard模型。i,j表示不同的原子的軌道，sigma表示自旋，n是軌道的電子數。第一項表示不同原子軌道的混合(可以想像成電子在不同軌道間跳躍使動能減小)帶來的能量展寬，就是緊束縛模型；第二項表示佔據同一軌道電子的庫倫排斥。
傳統的緊束縛模型沒有考慮電子電子相互作用。假設費米面在能帶中心(按照能帶論應該是金屬)。如果能帶展寬W小於U，該能帶將分裂成兩個子帶，下面的帶電子佔據的是空態，上面的帶電子佔據的態已經有一個電子佔據(電子跳躍需要克服庫倫排斥)，因而能量較高，如下圖所示。

Mott絕緣體的一個例子是 $Y_{1-x}Ca_xTiO_3$ ,是鈣鈦礦結構的過渡金屬氧化物，Ti佔據體心。Y和Ca只提供電子和佔據位置。

如果x=0，由於Y是3價的，Ti的外層電子為3d1，能帶恰好是半滿。然而由於較大的U，這是一個Mott絕緣體。如果摻雜Ca，相當於引入空穴，Ti的填充少於半滿，因而逐漸變為導體。
Mott絕緣體往往具有有趣的磁性質，很多是反鐵磁材料。
3. Anderson局域化
Anderson局域化考慮的是有較多缺陷的金屬。當金屬中有比較少的缺陷時，缺陷所起的作用就是對電子的布洛赫波產生散射，從而貢獻一部分電阻。然而，當缺陷較多時，電子將從巡遊電子轉變為局域化的電子。考慮下面的哈密頓量
$H=sum_{i}^{}{n_iepsilon_i}+sum_{i,j}^{}{t_{ij}c_i^dagger c_j}$
這裡每處的E_i是一個分布範圍為V的隨機變數。這個隨機分布的變數代表金屬中的無規則分布的缺陷、雜質等。如果每個原子軌道的E_i相同(即V=0)，則與緊束縛模型無區別，電子在不同態之間跳躍，從而可以導電。如果E_i的分布範圍較大，大於緊束縛模型下的帶寬W，那麼可以想像這時電子都局域在每一個態上，不會在不同態之間跳躍，即產生局域化。如果介於兩者之間，則能帶中心附近的態仍為巡遊電子態，能帶兩邊的態被局域化。這兩者的邊界稱為遷移率邊。如下圖所示。

在實驗上，我們可以通過調節缺陷的數目(遷移率邊位置)或者調節費米面的位置來實現金屬絕緣體相變。例如下圖，alpha粒子破壞產生的缺陷越多，遷移率邊越靠近能帶中心。當費米面落到局域態中時，金屬就變成了絕緣體。

4. Peierls轉變
Peierls轉變通常發生在一維體系中。一維等間距的具有一個價電子的原子鏈是不穩定的。此時，第一布里淵區恰好被填充了一半。如果晶格發生畸變，使得晶格常數變為原來的2倍(一個原胞有2個原子)，則第一布里淵區變為原來的一半，並且電子的能量因帶隙的出現而降低，從而使整個晶體能量降低。如下圖：
。。。。。。。。 →
。。。。。。。。

這種相變和電荷密度波往往同時出現。
下面是一種有機一維體系TTF-TCNQ的電導率隨溫度的變化，可以明顯看出低溫下由導體變為絕緣體。

參考資料：1. 課程講義
2. 黃昆、韓汝琦《固體物理學》，高等教育出版社

前面幾位答主做了很好的回答，下面將說一個金屬——絕緣體——金屬轉變的例子，再簡單說下mott轉變。

1）金屬——絕緣體——金屬轉變文獻

這項工作由Ivan I. Naumov and Russell J. Hemley發表在PRL上 Origin of Transitions between Metallic and Insulating States in Simple Metals

論文摘要

Unifying principles that underlie recently discovered transitions between metallic and insulating states in elemental solids under pressure are developed. Using group theory arguments and first-principles calculations, we show that the electronic properties of the phases involved in these transitions are controlled by symmetry principles. The valence bands in these systems are described by simple and composite band representations constructed from localized Wannier functions centered on points unoccupied by atoms, and which are not necessarily all symmetrical. The character of the Wannier functions is closely related to the degree of s?p(?d) hybridization and reflects multicenter chemical bonding in these insulating states. The conditions under which an insulating state is allowed for structures having an integer number of atoms per primitive unit cell as well as reentrant (i.e., metal-insulator-metal) transition sequences are detailed, resulting in predictions of behavior such as phases having band-contact lines. The general principles developed are tested and applied to the alkali and alkaline earth metals, including elements where high-pressure insulating phases have been reported (e.g., Li, Na, and Ca).

大概是在說

最近發現，元素固體在壓力下的金屬—絕緣態之間轉變的統一原理得到發展。利用群論理論和第一原則計算，我們證明了這些躍遷過程中所涉及的相的電子性質是由對稱原理所控制的。這些系統中的價帶由簡單的組合表示法描述，由局部的Wannier函數構造，以原子的點為中心，而這些點並不一定都是對稱的。Wannier函數的特徵與s-p（-d）雜交的程度密切相關，並反映了這些絕緣狀態下的多中心化學鍵合。一個絕緣態允許的結構，每個晶胞有整數原子數的結構，以及可重複的金屬-絕緣金屬轉變序列，這導致了一些行為的預測，例如帶接觸的相。所發展的一般原理被測試和應用於鹼金屬和鹼土金屬，包括已經報道了高壓絕緣相（例如Li，Na和Ca）的元素。

A view of the localized electrons in the unusual insulating state of Li under pressure, courtesy of Russell Hemley and Ivan Naumov. Credit: Russell Hemley and Ivan Naumov

圖1.Electronic properties of hP4?Li for lattice parameters a=2.784 ? , c=3.873 ? (90 GPa). The parameters are intentionally kept the same as for hP4?Na at 320 GPa (see Ref. 4). (a) Band structure; the size of red circles is proportional to the s character of the Bloch wave functions. (b),(c) Valence charge density and crystal potential in the (110) plane, respectively. The ions are centered in the blue regions.

圖2. Bottom and top valence band wave functions at Γ in hP4?Na at 320 GPa (corresponding to Γ+1 and Γ?4 energy levels) in the primitive unit cell. (a),(b) Isocontours of Γ+1 at ±2.5 and ±1.1 , respectively (yellow for + and light blue for ? ). (c),(d) Same as (a),(b) but for Γ?4 .

圖3. Bottom and top valence band wave functions at Γ in Aba2?Li at 80 GPa in the primitive unit cell. (a),(b) Isocontours of the bottom wave function at ±1.2 and ±1.1 , respectively. (c),(d) Same as (a),(b) but for the top wave function at ±1.8 and ±1.2 .

圖4. Electronic properties of fcc-Ca at a=4.706 ? and 19.0 GPa. (a) Band structure. (b) Valence charge density in the (100) planes passing through the Ca atoms ( electrons/Bohr^3 ).

New work from Carnegie"s Russell Hemley and Ivan Naumov hones in on the physics underlying the recently discovered fact that some metals stop being metallic under pressure. Their work is published in Physical Review Letters.
最新研究表明，一些金屬在一定壓力條件下，不再處於金屬狀態，Russell Hemley和Ivan Naumov.在物理結構上的發現為這一最新研究奠定了基礎。他們的成果也發表在了Physical Review Letters上。
Metals are compounds that are capable of conducting the flow of electrons that make up an electric current. Other materials, called insulators, are not capable of conducting an electric current. At low temperatures, all materials can be classified as either insulators or metals.
金屬是能夠促進電子流動並形成電流的化合物。其他材料則被稱為絕緣體，且無法形成電流。低溫時，所有材料都可分為絕緣體或金屬。
Insulators can be pushed across the divide from insulator to metal by tuning their surrounding conditions, particularly by placing them under pressure. It was long believed that once such a material was converted into a metal under pressure, it would stay that way forever as the pressure was increased. This idea goes back to the birth of quantum mechanics in the early decades of the last century.
通過改變周圍條件，尤其是在施壓條件下，絕緣體可以變為金屬。傳統觀念認為，一旦某種材料在受壓後變成了金屬，隨著壓力的增加，它會永久保持這種金屬的狀態。這種觀念的形成可以追溯到上個世紀量子力學最初誕生的幾十年。
But it was recently discovered that certain groups of metals become insulating under pressure-a remarkable finding that was not previously thought possible.
但最新研究表明，某些特定的金屬在受到壓力後會變成絕緣體——這個驚人的發現在之前被認為是不可能的。
For example, lithium goes from being a metallic conductor to a somewhat resistant semiconductor under around 790,000 times normal atmospheric pressure (80 gigapascals) and then becomes fully metallic again under around 1.2 million times normal atmospheric pressure (120 gigapascals). Sodium enters an insulating state at pressures of around 1.8 million times normal atmospheric pressure (180 gigapascals). Calcium and nickel are predicted to have similar insulating states before reverting to being metallic.
例如，鋰在79萬倍的標準大氣壓（80吉帕斯卡）下，可從金屬變為半導體。在120萬倍的標準大氣壓（120吉帕斯卡）下可以重新變為金屬。鈉在180萬倍的標準大氣壓（120吉帕斯卡）下可以變為絕緣體。鈣和鎳在轉換為金屬前，也被認為具有相似的絕緣狀態。
Hemley and Naumov wanted to determine the unifying physics framework underlying these unexpected metal-to-insulator-to-metal transitions.
對於這種不尋常的金屬到絕緣體再到金屬之間的反覆轉換，Hemley和Naumov想找出一種統一的物理學原理對其作出解釋。
"The principles we developed will allow for predictions of when metals will become insulators under pressure, as well as the reverse, the when-insulators-can-become-metals transition," Naumov said.Naumov
聲明：「我們的研究理論將會對在一定壓力環境下，金屬到絕緣體、以及絕緣體到金屬之間的轉換作出預測。」
The onsets of these transitions can be determined by the positions of electrons within the basic structure of the material. Insulators typically become metallic by a reduction in the spacing between atoms in the material. Hemley and Naumov demonstrated that for a metal to become an insulator, these reduced-spacing overlaps must be organized in a specific kind of asymmetry that was not previously recognized. Under these conditions, electrons localize between the atoms and do not freely flow as they do in the metallic form.
這種轉換可從金屬基本結構中電子的位置著手。絕緣體變為導體，是由於物質中原子間距的減小造成的。Hemley和Naumov表明，金屬變為絕緣體時，這些減小的間距重疊部分必須以某種特定的、不對稱的方式進行組合。這種不對稱的結構，與之前人們所理解的並不一樣。在這種條件下，電子集中在原子之間。此外，與處於金屬狀態下不同的是，他們不能自由移動。
"This is yet another example of how extreme pressure is an important tool for advancing our understanding principles of the nature of materials at a fundamental level. The work will have implications for the search for new energy materials." Hemley said.
Hemley聲稱：「這個例子表明，超高壓能夠極大地提升我們基本層面上對於物質本質的認知水平。這個研究對於尋找新能源物質有著十分重要的意義。」

&>&>&>&>&>&>&>&>&>後面再補一點mott相變的內容

2）mott轉變

　mott transition至今仍是一個未能充份理解的現象，只知道它發生在轉移金屬硫族化合物和金屬氧化物的過程中。受熱驅動下可以發生金屬—絕緣體轉變。莫特轉變是凝聚態中的金屬 - 非金屬轉變。由於電場的作用，勢能在原子的平衡位置附近變得更尖銳（指數地），電子變得局域化，並且不再能夠傳導電流。

Mott絕緣體

* 在一定的條件下，一個基態是絕緣體的晶體，如果忽略關聯能，則可能錯誤地把它當作金屬

* 這樣的絕緣體稱為Mott絕緣體，這種金屬——絕緣體的轉變稱為Mott轉變

* MnO、CoO、NiO等就是這樣的絕緣體

* 高溫超導大多是這種摻雜Mott絕緣體

考察單電子孤立原子，互相靠攏形成一維晶體

* 原子互相靠近，孤立原子的分裂能級展寬成能帶

* 假定能帶寬度在-B/2到B/2的能量範圍，總帶寬為B

? 電子填充能帶至半滿時，即從-B/2填充到0

* 電子平均能為-B/4，即比孤立原子能級下降了-B/4

* 也即由於原子互相靠攏，平均每個電子獲能B/4

相對於孤立原子，能級下降就是金屬的內聚力

* 原因是波函數交迭成擴展態，平滑，因而電子動能減少（與波矢k有關），總能量減少

? 顯然，帶寬B與原子交疊因而與晶格常數有關，a趨於無窮大，B趨於0。

軌道全空、或單電子佔據、或雙電子佔據的幾率分別是1/4、1/2、1/4。因此，要使單電子佔據變成雙電子佔據或軌道全空，每個電子平均勢能消耗為U/4。退局域得到能量B/4，局域化需能量U/4，因此如果U&>B，將發生關聯引起的局域

Mott轉變的條件就是看U&>B，還是B&>U

* U對原子間距不敏感。當原子間距增大，能帶變窄，即B減小；因此U&>B時，將出現Mott轉變，金屬?絕緣體。反之，當原子靠攏，能帶變寬，即B增大，B&>U時，將從絕緣體變為金屬

未完....

3.Anderson 絕緣

晶體周期性，由Bloch定理，才導致電子共有化，如果無序呢？

* 雜質，缺陷等都會導致周期性破缺，會在禁帶中導致局域態

? Anderson提出，無序可導致局域態

* 如果局域態正好處於費米能級?Anderson絕緣體！

? 無序分類

* 成分無序，拓撲無序，結構無序、關聯無序，等等

安德森轉變

1958年Anderson在「物理評論」上發表了一篇題為「擴散在某些無規格子中的消失」的文章，這篇文章開創了物理學的一個新領域，也正是這篇文章使人們對電子在無序體系中的行為特徵有了初步了解。Anderson指出，處在局域態上的電子對傳導沒有貢獻，隨無序度增加，體系電子態會局域化。後人稱這種局域化為Anderson局域化(Andersonlocalization)。這樣，改變系統的無序度，可使系統由金屬型變為絕緣體，人們稱這類轉變為Anderson轉變(Anderson transition)。他考慮電子在一維(1D)點陣上運動，點陣位具有隨機勢，電子只被允許在最鄰近位間躍遷。結果表明，如果無序很強，波函數可以變成按指數局域化。1979年 Anderson 又和Abrahams等發表文章提出了一種著名的局域標度理論，此理論證實，對於無相互作用、存在非關聯無序的所有1D、2D系統，只要存在任意大小的無序，波函數都是指數衰減的。僅在3D中，單電子態可以在弱局域或態密度足夠小的情形保持擴展態。

基本思想

具有嚴格周期性的有序晶格其波函數具有平移不變性，滿足Bloch定理，電子處於擴展態。

所有電子在有序晶格中作公有化運動－&>擴展態

在晶體中引入缺陷—&>周期性結構破壞—&>局域在雜質附近

此時，波函數是指數衰減形式

大體來說，就是雜質或缺陷導致周期性結構破壞，電子的 Bloch 波函數需要修正。隨著雜質濃度升高，電子波函數將發生衰減，逐漸從擴展態轉變為局域態。結果就是金屬變為絕緣體。

Anderson 局域

無平移對稱性，波矢k不再是描述電子態的好量子數

TBA(緊束縛近似)—&>無序系統

假定有一周期勢如圖（a）所示，每個原子由一方勢阱表示並只有一個價電子，在孤子原子極限下佔據在圖中原子勢阱處水平短線表示的束縛能級上。在晶體中，這一原子能級因波函數的交疊關聯展寬成寬度為B的能帶。無序可以兩種形式引人，一種是每一格點相對於平衡位置有一無規偏移，另一種是原子位置保持在格點上，勢阱的深度、因為束縛能級從一個格點到另一個格點無規變化（圖（b））。安德森的討論採用後一種無序情形。
在體系的長程有序消失後，波矢k不再是描述電子態的好量子數，因此對無序體系電子態的研究，廣泛採用緊束縛近似，從院子軌道波函數，或Wannier函數出發來討論。

4.結構畸變，比如Peierls相變導致的金屬絕緣體轉變

Peierl"s distortion of a 1-d periodic lattice.

單價原子，排列成如圖的一維晶體。如果每隔一個原子發生了如圖的原子移動。用空晶格模型+微擾方法，分析原子結構變化前後的能帶變化，並得到能帶示意圖。

The lowest Bloch band of an undistorted 1D lattice.

The lowest Bloch bands of a distorted 1D lattice. Energy gaps appear in {displaystyle ka=pm pi /2} {displaystyle ka=pm pi /2} as a result of the Peierls" instability.

原胞變大，布里淵區變小，原來一條能帶摺疊成兩條能帶，根據微擾方法，邊界上簡併的能

帶將發生分裂。原來原胞內只一個原子，一個電子；現在原胞內有兩個原子，兩個電子?原

半滿的能帶，現在全滿，導帶變為了新的價帶+空帶，金屬將變為絕緣體。

剛看了一下排名第一的答案，主要通過能帶理論解釋了導電性，很好。但是如果題主能看懂的話，我估計也不會問出這樣的問題。理解能帶理論，必須有強悍的量子力學基礎。單單費米能，布理淵區，就夠題主消化一段時間，哈密頓算符更是必須有數值方程求解背景才易理解。

我就從自由電子的角度解釋一下，更容易讓題主理解一些。導電性，金屬由於存在大量的自由電子，所以容易導電（自由電子是傳到電的媒介）。由於晶格的振動，會阻礙電子的運動，宏觀上就變現成為電阻。那麼晶格對電子的阻力越小，金屬的導電性就越好。晶格的振動由溫度決定，在理想情況下，即：溫度極低，越接近絕對零度越好，金屬晶體不存在缺陷，像位錯，空位，這些東西，那麼金屬將轉化為超導體，也就是，將不再具有電阻。可以這麼講，在極低溫度下，晶體不存在缺陷，那麼任何金屬都可成為超導體！所以，在不考慮溫度的情況下，比較金屬的導電性，都是耍流氓。

理解了導電的原理，那麼導熱的原理也很容易理解。導電好的金屬材料，其導熱也一定好！（把電子和聲子的角色換一下即可）

對於絕緣材料，當然其範圍以超出金屬材料（本身具有自由電子）的範疇，自由電子理論就不能夠再解決問題，導電可以通過其他具有傳到電荷能力的粒子（專業叫做載流子），比如離子，空位（穴），等等，所以必須引入能帶理論。我再通俗的講一下能帶理論，不涉及量子力學，所以不具備嚴謹性，見諒。

一個電子的自由之路

我們討論導電與否，把材料想像成為整體，不再是一顆顆的原子構成，為了好理解，您就想成是一顆大原子。用電子處於哪一個帶來考慮，即，導帶，空帶（處於導禁二帶之間），禁帶。
電子在導帶的話，就是導體，可以繼續用自由電子理論解決（電子被原子放養）。
電子在空帶的話，就是半導體，（電子被原子抓了把柄，想跑不敢跑）
電子在禁帶的話，就是絕緣體（被原子徹底綁了）。
所以，絕緣體變成導體的解決方案就是，把處于禁帶的電子通過電壓或溫度或磁場，拱到導帶（都是為了您能理解，能帶理論是把禁帶直接拱到導帶，由於涉及量子態，不談），最能被理解的就是，通過加強大的電壓，把自由電子強壓到導帶。（至於半導體為什麼加反壓沒用，半導體是晶體，不可被考慮成一個原子了，有序，得有序的東西來激發，加反壓只能把電子壓到禁帶，電子的苦，誰能了解，真是身不由己。空氣宏觀無序，可以被考慮成一個大原子，正反都能擊穿）

所以您的問題，換一個說法更好，什麼是半導體！這個問題在您理解了半導體的工作原理之後，立竿見影就解決了。

（以上回答僅供理解問題）

算是學術界較新的進展吧，簡單介紹一下。

日本RIKEN的Reizo Kato所帶領的科研組基本上已經能把絕大多數純物質變成導體甚至在相圖裡做出超導區了，他們的結論是只要加足夠大的壓力，基本都能轉變。

目前據說已經成功的把單質碘變成極低溫下的超導體了……

排名靠前的兩個答案都很專業，很不錯，但是我覺得題主既然這樣問，想必不是相關專業的人，理解能帶理論等相對吃力(因為絕緣體半導體導體之間根本沒有明確的界限，在一定條件下都是可以相互轉換的，也就是說，問題問的就比較有問題)。我也不是專業大神，只是有幸學到一些內容，理解比較膚淺，所以說的相對膚淺，也許能幫助題主明白一些問題(同樣膚淺的人好交流 )。

我們應該明確的一點是，絕緣體半導體導體是如何劃分的。小時候上自然課物理課，老師就會告訴我們說，能導電的就是導體，金屬都可以導電，所以金屬就是導體，那麼不能導電的就是絕緣體。長大後，我們又接觸到一類東西，叫半導體，老師說，蒽，半導體，就是導電性介於導體和絕緣體之間。也就是說，我們潛意識裡對三者的劃分是從導電性上區分的，導電性是三者結構不同所表現出來的宏觀性質，但，導電性達到什麼程度就是導體了？其中的界限顯然是不明確的，如果明確也是人為規定了一個範圍，既然人為規定，各個國家和地區就會有差別，所以這樣劃分是不科學的，也沒有這個必要。

那麼，科學角度講，如何區分絕緣體半導體導體呢？最簡單的回答，就是能帶理論，但大多數人是不會接觸到這個理論的，所以只能給大家簡單介紹一下幫助理解，不嚴謹的地方望見諒。

首先，從原子角度考慮，它的周圍是有電子的，電子有運動的軌道，每個運動軌道擁有的能量是不同的，所以每個運動軌道對應了能級，而且每個能級電子的能量是固定的，電子的能量變化，運動軌道就變化，當然能級也變化，會發生能級躍遷。。在固體中，原子周圍的電子並不僅僅受到一個原子的作用力，而是它周圍許多原子的共同作用力，這樣它周圍原來的勢場得發生變化，它的運動軌道也就不再是簡單的圓，這樣就有了電子共有化運動，運動軌道更加複雜。前面說過運動軌道對應了能級，那麼在這種情況下，能級就會產生分裂(簡單理解就是變多了，範圍大了)，能級分裂就會產生能帶。可以這樣比喻，原來電子只在能級這幾條線上出現，而現在就在能帶這個帶狀範圍內都可以出現啦~然後就可以介紹新名詞啦，允帶和禁帶。允帶就是電子可以出現的範圍，這裡有能級喔。禁帶就是能帶與能帶之間的間隔，所以，允帶能帶，是不連續的，中間這些間隔就不會有電子出現，叫做禁帶。。

好啦，能帶概念介紹完，就可以切入主題了。導電機理可以根據電子填充能帶的情況來說明。

固體之所以能夠導電，是因為固體中的電子在外場的作用下定向運動的結果。這樣電子的能量就發生了變化，那麼根據之前說的，就會發生能級躍遷。對於滿帶(能級全部被佔滿的能帶)，其中的能級已被電子所佔滿，在外電場作用下，滿帶中的電子並不形成電流，對導電沒有貢獻。對於被電子部分佔滿的能帶，在外電場作用下，電子可從外電場中吸收能量躍遷到未被電子佔據的能級去，起導電作用，常稱這種能帶為導帶。

金屬中，由於組成金屬的原子中的價電子佔據的能帶是部分佔滿的，所以金屬是良好的導電體。

半導體和絕緣體的能帶類似。半導體下面是已被價電子佔滿的滿帶，亦稱價帶，中間為禁帶，上面是空帶(沒有電子的能帶)。因此，在外電場作用下並不導電，但是這只是絕對溫度為零時的情況。當外界條件發生變化時，例如溫度升高或有光照時，滿帶中有少量電子可能被激發到上面的導帶中去，使上面的導帶中有了少量電子，這樣就是半滿帶了，因而在外電場作用下，這些電子可以參與導電。
(同時，滿帶中由於少了一些電子，在滿帶頂部附近出現了一些空的量子狀態，滿帶變成了部分佔滿的能帶，在外電場作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導電作，這是與金屬導體的最大差別。)

絕緣體的能帶結構與半導體相似，但是它的禁帶寬度很大，激發電子需要很大的能量，在通常溫度下，能激發到導帶中的電子很少，所以導電性很差。半導體禁帶寬度比較小，數量級在1eV左右，在通常溫度下已有不少電子被激發到導帶中去，所以具有一定的導電能力，這是絕緣體和半導體的主要區別。

這樣我們可以看出，對於半導體和絕緣體，差別僅在禁帶寬度的大小不同，而禁帶寬度會受到溫度.結構等各種因素影響而發生變化。所以題主提的問題的正確表達應該是如何提高絕緣體的導電性。對於半導體，可以通過摻雜等人為改變導電性，絕緣體也類似吧，但具體不是很清楚，因為我接觸最多的是半導體導電性的改變，絕緣體這塊兒不甚了解。說這麼多沒能解決題主問題很抱歉，只是希望能夠幫助題主更好的理解下這個問題，好接受排名較前的兩答案。(實在水平有限，勿噴勿吐槽，謝謝！)

各種量子電子高科技啊。我來從初中角度回答一下吧，不存在絕對意義上的絕緣體。絕緣體只是導電性很差的導體。
所以，在電壓足夠高的情況下，絕緣體都會導電，即擊穿。
在溫度足夠高的情況下，例如固體熔融為液態，也會降低其絕緣電阻。
結構疏鬆的材料在受潮的情況下，也會降低其絕緣電阻。這種情況材料本身並未變化，只是水和空氣中的雜質降低了其絕緣電阻。
其他還有很多種情況，這些情況都是從宏觀層面來查看的，我認為樓主來這裡諮詢這個問題，應該不會是準備寫論文或者進行什麼學術研究，應該沒有必要從微觀或者量子角度去各種解析他，再深入解析下去，就得研究宇宙本源問題了。

對於離子型絕緣體隨溫度升高缺陷增加，尤其高溫時離子發生移動導致電導率增大。它們的導電情況與固體的電子結構有關，可以用能帶理論加以描述。

能帶理論的要點：

1.在固體中原子緊密堆積十分靠近，相鄰原子的價層軌道可以線性組合，形成許多分子軌道。n個原子軌道可以組合成n個分子軌道，能量相近分子軌道的集合稱為能帶（energy band）；

2.一定能量範圍內的許多能級，彼此相隔很近而形成一條帶，在能帶中各軌道間能量相差極小，電子很容易從一個分子軌道進入另一個分子軌道；

3.不同原子軌道組成不同的能帶，各種固體的能帶數目和能帶寬度都不相同；

4.相鄰兩能帶間的能量範圍稱為「能隙」（energy gap)或「禁帶」（forbidden band），在能隙或禁帶中不能填充電子；

5.完全被電子佔滿的能帶稱「滿帶」（filled band），電子在滿帶中無法移動，不會導電；

6.部分被電子佔據的能帶稱「導帶」（conductive band），該能帶內分子軌道未填滿電子，其中電子很易吸收微小能量而躍遷到稍高能量的軌道上去，而具有導電能力；

7.由原子的價電子軌道組合而成的能帶稱為價帶（valence band），價帶可以是滿帶也可以是導帶，但能量比價帶低的各能帶一般都是滿帶；

8.完全未被電子佔據的能帶稱「空帶」（empty band），其由固體原子外電子層上的空軌道組合而成，能量較高。如禁帶不太寬，電子獲得能量躍遷到空帶後，則部分被電子佔據變成了導帶。或滿帶和空待重疊亦可形成導帶。

一般導體的能帶，滿帶和空帶間沒有能隙。半導體在滿帶和空帶之間有間隙，能隙大小用禁帶寬度來表示，半導體能隙較小，在常溫下其空帶上總有少量的激發電子而有微弱的導電性。

電子從滿帶激發到空帶的難易與禁帶寬度和溫度有關，禁帶寬度越小，溫度越高，激發到空帶上的電子數越多，導電性亦隨之增強。

————現代基礎化學 3rd.ed P76

不知道題主是僅僅想了解一下可能性還是想研究理論。如果研究理論的話去看理論書籍和論文更靠譜一些。
如果只是興趣的話建議題主可以了解一下變阻存儲器，碩士做了三年這個玩意。簡單點說就是二元金屬氧化物電阻率在電場的作用下發生劇烈的變化，這差不多就是題主絕緣體轉換成導體的一個例子吧。常見二元金屬氧化物有TaO，AlO，WO等，被接受比較多的是氧離子在電場的作用下遷移，形成導電溝道的理論。

碳化

比如靜電放電？

厚薄！
絕緣體中的電子其實不是不能動，只是不能被電動勢帶動而載不了流，
當厚度只有幾個原子的時候，電子是可以被就地替換的，能替換就有運動，交通就不堵了。

加高壓，擊穿它，或，加高溫，電離它。

當空氣達到某濕度

說通俗點，人有惰性，所以老闆發你錢你才肯上班。絕緣體一樣，要導電就要給他能量（電子什麼能級什麼要是不懂也只能這麼理解），給能量的方式可以是加熱，光照，壓力等，於是就有了各種實際運用。
一言以蔽之，給錢幹活。

擊穿

簡單點來說其實就是看原子核對最外層電子的束縛強弱情況了。
對於金屬導體有個特點，那就是「電子共有化」，原子核對最外層電子的束縛比較弱，其可以看做自由電子，電子在導體內部可以自由跑動，所以在外勢場下電子可以定向運動產生電流。
對於半導體，原子核對最外層電子的束縛就比較強。某些電子可以在熱激發下發生能級躍遷，從全佔滿的低能級躍遷到未佔據的高能級（能帶理論來解釋應該說是價帶中的電子被激發到導帶中去，電子仍在確定軌道上運行），使半導體內部擁有一些載流子來導電。
至於絕緣體，原子核對最外層的電子束縛都是很強的，普通的熱激發無法使最外層電子脫離原子核的束縛，通常得用更高能量才能激發出載流子。
以上的解釋不太嚴謹，不過可以幫助非物理專業學生抽象地理解，具體點就需要能帶理論來解釋了。

狀元、榜眼答案?
小弟來一發同樣不能解決問題的答案，為毛？因為題主的問法，不同材料、不同環境變成導體的情況不一樣。

比如220V的電纜，常規情況下外皮絕緣，如果通10kV電壓，外殼擊穿了，就導電了，如果被SF6氣體包圍，通10kV電壓，擊穿電壓又不一樣了。

總之：材料物理/化學性質、絕緣介質、電壓差等等不一樣，變成導體的臨界條件是不一樣的。

給絕緣體足夠高的能量就可以變成半導體，甚至是導體，一般這種能量都是高電壓。比如氫氣是絕緣體，但是也有「金屬氫」，即成為導體的氫氣，就是在高電壓下的條件下轉化的。

我記得看過一個實驗，當電壓達到一定程度時，絕緣體（即使是橡膠）也能導電了

看了第一的答案，發現寫的比較深，但是非專業的不出我所料應該看不懂。所以就自己簡單答答(^_^)

其實導體和絕緣體的區別就是看物體內存不存在自由電子。

絕緣體因為其原子對最外層電子吸引能力太大，所有電子被緊緊束縛在原子周圍，因此沒有自由電子。
而導體中原子對其最外層電子的吸引能力很小，電子可以掙脫原子的束縛，在導體內部自由運動形成自由電子。

想要使絕緣體變成導體，很簡單，讓絕緣體內部的自由電子增大?給絕緣體中的電子一些能量，讓它們有足夠的力去掙脫原子的束縛變為自由電子。?使電子增加能量的方法可就多了～高溫，高電壓等等

就這麼理解吧，細細說電子怎麼吸能量怎麼躍遷變成自由電子，又經過哪些能帶，這些都比較深了。