Новости науки17.02.02. Орбитальный эффект Кондо.
Давно уже известен эффект Кондо, связанный со
взаимодействием электронов проводимости немагнитного металла с магнитной
примесью. Недавно группе английских ученых удалось экспериментально
наблюдать иной - орбитальный - вариант этого эффекта, предсказанный ранее
теоретически.
Эффект Кондо был обнаружен еще в первой половине прошлого века как
аномальная зависимость сопротивления немагнитных металлов с относительно
небольшой добавкой магнитных примесей (атомов переходных или редкоземельных
элементов) от температуры. Традиционный эффект Кондо связан с обменным
взаимодействием электронов проводимости металла с магнитной примесью. При
низких температурах обменное взаимодействие электронов проводимости с
примесным ионом велико и приводит к компенсации магнитного момента иона -
вокруг него образуется "облако" экранирующих электронов. Из-за
взаимодействия с магнитной примесью плотность электронных состояний вблизи
уровня Ферми (уровень Ферми отделяет заполненные электронные состояния от
незаполненных при нулевой температуре) претерпевает изменения. Особенности в
плотности состояний проводящих электронов могут быть обнаружены с помощью
туннельной спектроскопии, т.е. при регистрации вольт-амперных характеристик
туннельных переходов, содержащих соответствующий материал (процессы
туннелирования непосредственно связаны с плотностью электронных состояний).
Особенности на вольт-амперных характеристиках, хорошо выделяющиеся при
дифференциальной регистрации, являются отражением тех или иных особенностей
плотности состояний.
Рис.1. Данные сканирующей туннельной микроскопии - вблизи примесного
атома наблюдается крестообразное затемнение, связанное с изменением
локальной плотности состояний.
Помимого обычного эффекта Кондо было предсказано также существование
орбитального эффекта Кондо для поверхностей ферромагнитных материалов (в
отсутствии примесей). Подразумевается, что электроны проводимости
взаимодействуют с поверхностными электронными состояниями, ответственными за
образование химических связей. В недавнем номере Nature сообщается
о том, что группе английских исследователей удалось наблюдать этот эффект
[1]. Эксперименты проводились на атомно-чистой поверхности хрома (100) с
помощью сканирующего туннельного микроскопа. При измерении dV/dI была
обнаружена особенность вблизи (на 26 мэВ выше) поверхности Ферми.
Сканирующая туннельная микроскопия позволяет проводить измерения с очень
высоким пространственным разрешением, и для исследования природы данной
особенности были проведены измерения вблизи немагнитного примесного атома
(атомы были введены специально), присутствие которого вызывает локальное
возмущение плотности состояний. Ученые обнаружили в окрестности примесного
атома крестообразную аномалию (см. рисунок), связанную с подавлением
поверхностных орбитальных состояний, ее симметрия отвечает симметрии
волновых функций поверхностных состояний. На основании полученных данных и
рассмотрения многоэлектронной задачи авторы утверждают, что в их
экспериментах действительно наблюдался орбитальный эффект Кондо. То, что на
рисунке видно "затемнение", не удивительно - это как бы "негатив": на всей
остальной поверхности существует резонанс, связанный с орбитальным эффектом
Кондо, а в окрестности примесного атома он отсутствует. 1. O.Yu.Kolesnychenko, R. De Kort, M.I.Katsnelson et al. Nature,
v.415, 507 (2002).
|