Эффект Кондо

Эффе́кт Ко́ндо — эффект увеличения электрического сопротивления слаболегированных магнитными примесями немагнитных металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю. Назван в честь японского физика Дзюна Кондо (англ. Jun Kondo), давшего явлению теоретическое обоснование. Соответствующую температуру и энергетический масштаб называют температурой Кондо.

История открытия

Зависимость сопротивления золота с небольшой примесью железа от температуры в эксперименте 1936 года

В 1930-х годах Мейснер и Войт наблюдали аномальное увеличение сопротивления чистых золотых образцов при температурах меньше 10 К. В действительности оказалось, что при их изготовлении они были загрязнены небольшим количеством примесей железа[1]. В 1964 году Дзюн Кондо показал, что причиной наблюдаемого явления могут быть взаимодействия между спинами электронов проводимости и спинами примесей[2].

Теория

Эффект наблюдается в металлических сплавах, где концентрация спинов может составлять до нескольких ppm. Это приводит к тому, что собственная энергия спина во взаимодействии является доминирующим фактором. При понижении температуры до единиц кельвинов магнитные взаимодействия между спинами примесей и электронами проводимости начинают влиять на характер рассеяния последних. Подобные взаимодействия локализированных спинов обычно описывают РККИ-обменным взаимодействием. Температура, при которой наблюдается минимум сопротивления, называется температурой Кондо, и она определяется выражением

${\displaystyle T_{\mathrm {K} }={\frac {D}{k_{\mathrm {B} }}}\exp \left(-{\frac {D}{2|J|}}\right),}$

где ${\displaystyle D}$ — ширина энергетической зоны, ${\displaystyle k_{\mathrm {B} }}$ — константа Больцмана, ${\displaystyle J}$ — обменный интеграл. Зависимость сопротивления от температуры T при этом определяется выражением

${\displaystyle R(T)=R_{0}(T)+c\left({\frac {J^{2}}{D}}\right)s(s+1)A\left[1-{\frac {2J}{D}}\left(\ln {\frac {D}{k_{\mathrm {B} }T}}\right)\right],}$

где ${\displaystyle R_{0}}$ — немагнитный вклад в сопротивление, ${\displaystyle c}$ — концентрация примесей, ${\displaystyle s}$ — спин примесей, ${\displaystyle A}$ — сосредоточенный параметр[3][4].

Пространственные размеры экранирующих облаков электронов с когерентными спинами составляют несколько мкм[5].

Примечания

1. Mattis, 2006, pp. 296—297.
2. Кондо эффект — статья из Физической энциклопедии
3. Mattis, 2006, pp. 298—299.
4. Stöhr, Siegmann, 2006, pp. 635.
5. Ivan V. Borzenets, Jeongmin Shim, Jason C. H. Chen, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, Seigo Tarucha, H.-S. Sim & Michihisa Yamamoto Observation of the Kondo screening cloud Архивная копия от 23 ноября 2021 на Wayback Machine // Nature, volume 579, pages 210–213(2020)

Литература

1. Mattis, D. C. The theory of magnetism made simple: an introduction to physical concepts and to some useful mathematical methods. — World Scientific, 2006. — 565 p. — ISBN 9789812385796.
2. Stöhr, J. and Siegmann, H. C. Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. — ISBN 978-3540302827.

Ссылки

• Vijay B. Shenoy. The Kondo Effect (англ.). SERC School on Magnetism and Superconductivity ’06. Indian Institute of Science. Department of Physics. — Презентация со школы по магнетизму и сверхпроводимости в Индийском институте наук. Дата обращения: 3 августа 2011. Архивировано из оригинала 24 октября 2009 года.
• Leo Kouwenhoven and Leonid Glazman. Revival of the Kondo effect (англ.). arXiv.org. Дата обращения: 3 августа 2011.
• Exotic Kondo effects: Two channel Kondo  (неопр.). Stanford University. Дата обращения: 3 августа 2011. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года.
• Овчинников Ю. Н., Дюгаев А. М. "Современное состояние проблемы Кондо" // УФН, v. 171, pp. 565–570 (2001)