Кондо эффект - Kondo effect

Эффект Кондо: как золото с небольшим количеством примесей железа, вероятно, ведет себя при низких температурах

В физика, то Кондо эффект описывает рассеяние электроны проводимости в металле из-за магнитные примеси, что приводит к характерному изменению удельное электрическое сопротивление с температурой.^[1]Эффект был впервые описан Джун Кондо, применившие третью степень теория возмущений к проблеме учета s-d-рассеяния электронов. Модель Кондо предсказывала, что скорость рассеяния электронов проводимости от магнитной примеси должна расходиться при приближении температуры к 0 К.^[2] Расширенный до решетки магнитные примеси, эффект Кондо, вероятно, объясняет образование тяжелые фермионы и Кондо изоляторы в интерметаллических соединениях, особенно содержащих редкоземельные элементы, такие как церий, празеодим, и иттербий, и актинидные элементы, такие как уран. Эффект Кондо наблюдался также в квантовая точка системы.

Теория

Зависимость удельного сопротивления ${ displaystyle rho}$ по температуре ${ displaystyle T}$, включая эффект Кондо, записывается как

${ displaystyle rho (T) = rho _ {0} + aT ^ {2} + c_ {m} ln { frac { mu} {T}} + bT ^ {5},}$

где ${ displaystyle rho _ {0}}$ - остаточное сопротивление, член ${ Displaystyle АТ ^ {2}}$ показывает вклад свойств ферми-жидкости, а член ${ displaystyle bT ^ {5}}$ от колебаний решетки: ${ displaystyle a}$, ${ displaystyle b}$, ${ displaystyle c_ {m}}$ и ${ displaystyle mu}$ постоянные, не зависящие от температуры. Дзюн Кондо вывел третий член с логарифмической зависимостью от температуры.

Задний план

Модель Кондо был получен с использованием теории возмущений, но более поздние методы использовали непертурбативные методы для уточнения его результата. Эти улучшения привели к конечному сопротивлению, но сохранили свойство минимума сопротивления при ненулевой температуре. Один определяет Кондо температура как шкала энергии, ограничивающая достоверность результатов Кондо. В Модель примеси Андерсона и сопровождающий Wilsonian перенормировка Теория была важным вкладом в понимание физики, лежащей в основе проблемы.^[3] На основе Преобразование Шриффера-Вольфа, было показано, что модель Кондо лежит в режиме сильной связи примесной модели Андерсона. Преобразование Шриффера-Вольфа^[4] проецирует высокоэнергетические зарядовые возбуждения в примесной модели Андерсона, получая модель Кондо как эффективный гамильтониан.

Схема слабосвязанной высокотемпературной ситуации, в которой магнитные моменты электронов проводимости в металлической матрице проходят мимо магнитного момента примеси со скоростью v_F, скорость Ферми, испытывающая лишь слабую антиферромагнитную корреляцию в окрестности примеси. Напротив, когда температура стремится к нулю, магнитный момент примеси и один момент электрона проводимости очень сильно связываются, образуя общее немагнитное состояние.

Эффект Кондо можно рассматривать как пример асимптотическая свобода, т.е. ситуация, когда связь становится непертурбативно сильной при низких температурах и низких энергиях. В проблеме Кондо связь относится к взаимодействию между локализованными магнитными примесями и блуждающими электронами.

Примеры

Расширенный до решетки магнитных примесей, эффект Кондо, вероятно, объясняет образование тяжелые фермионы и Кондо изоляторы в интерметаллических соединениях, особенно содержащих редкоземельные элементы, такие как церий, празеодим, и иттербий, и актинидные элементы, такие как уран. В тяжелый фермион материалов, непертурбативный рост взаимодействия приводит к квазиэлектронам с массами, в тысячи раз превышающими массу свободного электрона, т.е. электроны резко замедляются из-за взаимодействий. В ряде случаев они действительно сверхпроводники. Считается, что проявление эффекта Кондо необходимо для понимания необычной металлической дельта-фазы плутоний.^{[нужна цитата ]}

Эффект Кондо наблюдался в квантовая точка системы.^[5][6] В таких системах квантовая точка, по крайней мере, с одним неспаренным электроном, ведет себя как магнитная примесь, и когда точка соединяется с металлической зоной проводимости, электроны проводимости могут рассеиваться от точки. Это полностью аналогично более традиционному случаю магнитной примеси в металле.

Гибридизация зонной структуры и топология плоской зоны в изоляторах Кондо были представлены в фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением эксперименты.^[7][8][9]

В 2012 году Бери и Купер предложили, чтобы топологический эффект Кондо мог быть найден с помощью Майорана фермионы,^[10] пока было показано, что квантовое моделирование с участием ультрахолодные атомы может также продемонстрировать эффект.^[11]

В 2017 году команды из Венского технологического университета и Университета Райса провели эксперименты по разработке новых материалов, сделанных из металлов церия, висмута и палладия в определенных комбинациях, и теоретические работы, экспериментируя с моделями таких структур, соответственно. Результаты экспериментов опубликованы в декабре 2017 г.^[12] и вместе с теоретической работой,^[13] привести к открытию нового состояния,^[14] корреляционный Полуметалл Вейля. Команда назвала этот новый квантовый материал Вейль-Кондо полуметалл.

использованная литература

внешние ссылки

• Эффект Кондо - 40 лет спустя после открытия - специальный выпуск журнала Физического общества Японии
• Проблема Кондо для тяжелых фермионов - Монография А.С. Хьюсона об эффекте Кондо (ISBN  0-521-59947-4)
• Экзотические эффекты кондо в металлах - Монография о новых версиях эффекта Кондо в немагнитных контекстах, особенно (ISBN  0-7484-0889-4)
• Коррелированные электроны в δ-плутонии в динамической картине среднего поля, Природа 410, 793 (2001). Статья в Nature, в которой исследуются связи эффекта Кондо и плутония