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. В 1964 году Дзюн Кондо показал, что причиной наблюдаемого явления могут быть взаимодействия между спинами электронов проводимости и спинами примесей.

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

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

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

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

где $R_{0}$ — немагнитный вклад в сопротивление, $c$ — концентрация примесей, $s$ — спин примесей, $A$ — сосредоточенный параметр.

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

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)