Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект Кондо: как золото с небольшим количеством примесей железа, вероятно, ведет себя при низких температурах.

В физике , то эффект Кондо описывает рассеяние электронов проводимости в металле за счетом магнитных примесей , что приводит к характерному изменению электрического сопротивления в зависимости от температуры. [1] Эффект был впервые описан Джун Кондо , который применил теорию возмущений третьего порядка к проблеме, чтобы учесть рассеяние sd-электронов. Модель Кондо предсказывала, что скорость рассеяния электронов проводимости от магнитной примеси должна расходиться при приближении температуры к 0 К. [2] Расширенный до решетки магнитных примесей, эффект Кондо, вероятно, объясняет образование тяжелых фермионов и изоляторов Кондо в интерметаллических соединениях, особенно с участием редкоземельных элементов, таких как церий , празеодим и иттербий , и актинидных элементов, таких как уран . Эффект Кондо наблюдался также в системах с квантовыми точками .

Теория [ править ]

Зависимость удельного сопротивления от температуры , включая эффект Кондо, записывается как

где это остаточное сопротивление, термин показывает вклад от свойств жидкости Ферми, а термин от колебаний решетки: , , и постоянные , не зависящие от температуры. Дзюн Кондо вывел третий член с логарифмической зависимостью от температуры.

Фон [ править ]

Модель Кондо была получена 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 температуру Кондо как шкалу энергии, ограничивающую достоверность результатов Кондо. Модель Андерсона и сопровождающая вильсонианские перенормировки теория , является важным вкладом в понимании физики , лежащую в основе этой проблемы. [3] На основе преобразования Шриффера-Вольфа., было показано, что модель Кондо лежит в режиме сильной связи примесной модели Андерсона. Преобразование Шриффера-Вольфа [4] проецирует высокоэнергетические зарядовые возбуждения в модели примеси 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 , скорости Ферми, испытывая лишь слабую антиферромагнитную корреляцию вблизи 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 асимптотической свободы , то есть ситуацию, 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 [ править ]

Расширенный до решетки магнитных примесей, эффект Кондо, вероятно, объясняет образование тяжелых фермионов и изоляторов Кондо в интерметаллических соединениях, особенно с участием редкоземельных элементов, таких как церий , празеодим и иттербий , и актинидных элементов, таких как уран . В материалах с тяжелыми фермионами непертурбативный рост взаимодействия приводит к появлению квазиэлектронов с массами, в тысячи раз превышающими массу свободного электрона, т. Е. Электроны резко замедляются из-за взаимодействий. В ряде случаев они действительно являются сверхпроводниками.. Считается, что проявление эффекта Кондо необходимо для понимания необычной металлической дельта-фазы плутония . [ необходима цитата ]

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

Гибридизация зонной структуры и плоская зонная топология в изоляторах Кондо были отображены в экспериментах по фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением . [7] [8] [9]

В 2012 году Бери и Купер предложил топологический эффект Кондо может быть найден с майорановских фермионов , [10] в то время как было показано , что квантовые моделирования с ультрахолодных атомов 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 были опубликованы в декабре 2017 года [12] и вместе с теоретической работой [13] привели к открытию нового состояния [14] корреляционно-управляемого полуметалла Вейля . Команда назвала этот новый квантовый материал полуметаллом Weyl-Kondo .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хьюсон, Алекс C; Джун Кондо (2009). «Кондо эффект» . Scholarpedia . 4 (3): 7529. Bibcode : 2009SchpJ ... 4.7529H . DOI : 10,4249 / scholarpedia.7529 .
  2. ↑ Кондо, июн (1964). «Минимум сопротивления в разбавленных магнитных сплавах» . Успехи теоретической физики . 32 (1): 37–49. Bibcode : 1964PThPh..32 ... 37K . DOI : 10.1143 / PTP.32.37 .
  3. ^ Андерсон, П. (1961). «Локализованные магнитные состояния в металлах» (PDF) . Физический обзор . 124 (1): 41–53. Полномочный код : 1961PhRv..124 ... 41A . DOI : 10.1103 / PhysRev.124.41 .
  4. ^ Шриффер, младший; Вольф, Пенсильвания (сентябрь 1966 г.). «Связь между гамильтонианами Андерсона и Кондо» . Физический обзор . 149 (2): 491–492. Bibcode : 1966PhRv..149..491S . DOI : 10.1103 / PhysRev.149.491 . S2CID 55838235 . 
  5. ^ Cronenwett, Сара М. (1998). «Настраиваемый эффект Кондо в квантовых точках». Наука . 281 (5376): 540–544. arXiv : cond-mat / 9804211 . Bibcode : 1998Sci ... 281..540C . DOI : 10.1126 / science.281.5376.540 . PMID 9677192 . S2CID 5139144 .  
  6. ^ "Возрождение Кондо" (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  7. ^ Neupane, Мадхаб; Алидуст, Насер; Белопольский, Илья; Биан, Гуан; Сюй, Су-Ян; Ким, Дэ Чжон; Шибаев, Павел П .; Санчес, Даниэль С .; Чжэн, Хао; Чанг, Тай-Ронг; Дженг, Хорнг-Тай; и другие. (2015-09-18). «Топология поверхности Ферми и распределение горячих пятен в решеточной системе Кондо CeB 6 » . Physical Review B . 92 (10): 104420. arXiv : 1411.0302 . Bibcode : 2015PhRvB..92j4420N . DOI : 10.1103 / PhysRevB.92.104420 .
  8. ^ Neupane, M .; Alidoust, N .; Xu, S.-Y .; Кондо, Т .; Ishida, Y .; Ким, диджей; Лю, Чанг; Белопольский, И .; Jo, YJ; Chang, T.-R .; Дженг, Х.-Т. (2013). "Поверхностная электронная структура потенциальной коррелированной электронной системы топологического кондо-изолятора SmB 6 " . Nature Communications . 4 (1): 2991. arXiv : 1312.1979 . Bibcode : 2013NatCo ... 4.2991N . DOI : 10.1038 / ncomms3991 . ISSN 2041-1723 . PMID 24346502 .  
  9. ^ Хасан, М. Захид; Сюй, Су-Ян; Неупане, Мадхаб (2015), «Топологические изоляторы, топологические полуметаллы Дирака, топологические кристаллические изоляторы и топологические изоляторы Кондо» , Топологические изоляторы , John Wiley & Sons, Ltd., стр. 55–100, DOI : 10.1002 / 9783527681594.ch4 , ISBN 978-3-527-68159-4, дата обращения 26.04.2020
  10. ^ Béri, B .; Купер, Н.Р. (2012). «Топологический эффект Кондо с майорановскими фермионами». Письма с физическим обзором . 109 (15): 156803. arXiv : 1206.2224 . Bibcode : 2012PhRvL.109o6803B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.109.156803 . PMID 23102351 . S2CID 45712589 .  
  11. ^ Buccheri, F .; Брюс, GD; Trombettoni, A .; Cassettari, D .; Babujian, H .; Корепин, В.Е .; Содано, П. (01.01.2016). «Голографические оптические ловушки для атомных топологических устройств Кондо». Новый журнал физики . 18 (7): 075012. arXiv : 1511.06574 . Bibcode : 2016NJPh ... 18g5012B . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 18/7/075012 . ISSN 1367-2630 . S2CID 118610269 .  
  12. ^ Dzsaber, S .; Прочаска, Л .; Сидоренко, А .; Eguchi, G .; Svagera, R .; Waas, M .; Прокофьев, А .; Si, Q .; Пашен, С. (16.06.2017). «Кондо-изолятор для преобразования полуметалла, настроенный с помощью спин-орбитальной связи» . Письма с физическим обзором . 118 (24): 246601. arXiv : 1612.03972 . Bibcode : 2017PhRvL.118x6601D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.118.246601 . ISSN 0031-9007 . PMID 28665644 .  
  13. ^ Лай, HH; Grefe, SE; Paschen, S .; Si, Q. (2012). «Полуметалл Вейля – Кондо в системах с тяжелыми фермионами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (1): 93–97. arXiv : 1206.2224 . Bibcode : 2018PNAS..115 ... 93Л . DOI : 10.1073 / pnas.1715851115 . PMC 5776817 . PMID 29255021 .  
  14. ^ Gabbatiss, J. (2017) «Ученые обнаруживают совершенно новый материал , который не может быть объяснен классической физикой» , The Independent

Внешние ссылки [ править ]

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