Кондо эффект. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Кондо эффект - аномальная температурная зависимость электросопротивления сплавов немагн. металлов (Си, Al, Ag, La, Lu и др.) с небольшим кол-вом магн. примесей - атомов переходных (Fe, Сг, Со, V) или редкоземельных (Се, Yb, Tm) элементов. Аномалия состоит в том, что при понижении температуры электросопротивление R таких сплавов сначала убывает по закону, типичному для немагн. металлов, а затем при нек-рой характерной температуре Т_K (т е м п - р а К о н-д о) проходит через минимум и далее остаётся конечным при

(рис. 1). К. э. имеет квантовый характер и обусловлен антиферромагн. обменным взаимодействием электронов проводимости немагн. металла с магн. примесями - атомами с незаполненными

или

-электронными оболочками, ионы к-рых в металле обладают магн. моментами.

Рис. 1. Зависимость электросопротивления R сплава (LaCl)Al₂ (0,63 ат. % Сl) от температуры Т.

Необычные свойства рассеяния электронов проводимости на примесных атомах, вызванного этим взаимодействием (рассеяние электрона может сопровождаться переворотом спинов электрона и примесного атома), приводят к ярко выраженным аномалиям кинетич., термич. и магн. свойств таких сплавов. Наблюдаются отрицат. магнетосопротивление (рис. 2), гигантский пик в температурной зависимости термоэдс ,максимум в температурной зависимости теплоёмкости и т. д. Магн. примеси понижают температуру сверхпроводящего перехода немагн. металла, а также при достаточной концентрации могут привести к явлению т. н. возвратной сверхпроводимости: при дальнейшем понижении температуры сплав из сверхпроводящей фазы переходит в нормальную, а затем при дальнейшем понижении температуры вновь становится сверхпроводником. Описанные аномальные явления, экспериментально обнаруженные в 30-х гг. 20 в., были систематически исследованы в 60-х гг. В результате этого экспериментально установлен универсальный характер поведения магн. примеси в немагн. металле с температурой Т_К, характерной для каждого сплава. Т_К изменяется в широком диапазоне: напр., от 1К (для LaCe) до 300К (для AuV). При этом эффекты пропорц. концентрации примеси (т. е. не зависят от межпримесных корреляций) вплоть до концентрации примеси от

10% для атомов переходных элементов до

1% для редкоземельных.

Аномальные явления объясняются тем, что амплитуда I обменного рассеяния (см. Амплитуда рассеяния)электронов проводимости на примеси, приводящего к изменению проекции магн. момента примеси на направление спина электронов, эффективно растёт с понижением температуры Т или магн. поля Я. В результате роста эфф. взаимодействия электроны проводимости создают повыш. спиновую плотность вокруг атома примеси и полностью компенсируют её магн. момент. Вследствие этого при понижении температуры атом примеси теряет магн. момент и примесный вклад в электросопротивление возрастает. Компенсация магн. момента проявляется в экспериментах, напр. при понижении температуры ниже T_K магн. восприимчивость перестаёт расти и остаётся конечной при Т

ОК.

Рис. 2. Зависимость электросопротивления сплава (LaCl)Al₂от температуры при различных величинах поля H (отрицательное магнитосопротивление).

Первый шаг к теоретич. описанию этого явления был сделан Дж. Кондо (J. Кондо, 1964), к-рый в рамках простейшей модели рассмотрел вклад обменного взаимодействия электронов проводимости с примесными атомами в первом неборновском приближении. Оказалось, что эфф. взаимодействие логарифмически растёт при понижении Т. В 1965 А. А. Абрикосов и Д. Сул (D. Sou-1е) для

установили соотношение [1, 2, 3]:

Здесь темп-pa Кондо

, где

- энергия Ферми,

- плотность состояний при

, I - амплитуда обменного рассеяния зонного электрона на примесном атоме, R - электросопротивление, п - концентрация электронов. Тем самым были объяснены логарифмич. рост электросопротивления R сплавов при уменьшении Т:

(С - концентрация примеси), и прекращение роста магн. восприимчивости

вблизи Т_к:

Здесь

- магнетон Бора,

- гиромагн. отношение для иона. Соотношения (1-3) справедливы при

, когда обменное взаимодействие невелико

области

обменное взаимодействие уже не мало и методы теории возмущения не позволяют описать поведение магн. примеси. Проблема теоретич. описания низкотемпературных свойств магн. примеси в немагн. металле получила назв. проблемы Кондо. В дальнейшем применение идей и методов ренормализационной группы [Ф. У. Андерсон (Ph. W. Anderson), К. Г. Уилсон (К. G. Wilson) и др.], а также феноменологич. теории ферми-жидкостей (П. Нозьер, P. J. Nozieres, 1974) позволило выяснить, что обнаруженный в рамках теории возмущения рост эфф. обменного взаимодействия при понижении температуры продолжается и при

и приводит к сильной связи примесного иона с электронами проводимости при Т=0 К [1]. Это означает полную компенсацию магн. момента примесного иона электронами проводимости и тем самым образование максимума плотности состояний р на поверхности Ферми. В результате этого осн. состояние атома примеси оказывается синглетным (её магн. момент при Т=0 К исчезает при

, магн. восприимчивость

остаётся конечной при Т=0 К, а все физ. величины при

становятся регулярными функциями T, H и др. с масштабом энергии

. Напр., магн. восприимчивость

Электросопротивление R определяется соотношением

Здесь

- скорость электрона на поверхности Ферми. Подобное поведение известно в теории ферми-жидкости. Более того, между значениями

и С при Т

ОК имеют место соотношения с коэф., характерными для теории ферми-жидкости.

Полное решение проблемы Кондо и др. моделей, описывающих динамику образования локализованного магн. момента в металле (учитывающих электронную структуру атома примеси, эффекты внутрикристалли-ческого поля и пр.), было получено в 1980 методами теории квантовых интегрируемых систем [4-5]. Мн. тра-диц. модели, описывающие электронные свойства сплавов немагн. металлов с магн. атомами, оказались "интегрируемыми" и были решены точно. В рамках этого решения были вычислены термодинамич. функции сплавов при произвольных Т и Н и полностью описано образование максимума плотности состояний на поверхности Ферми. Тем самым удалось проследить за плавным переходом примеси из магн. состояния в немагнитное при понижении Т. Явление роста интенсивности взаимодействия при понижении энергии имеет место во многих важных проблемах физики конденсированных сред и физики частиц высоких энергий и является одной из важных проблем квантовой теории поля.

Литература по Кондо эффекту

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.