Кондо-решётки. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Кондо-решётки - регулярные решётки, образуемые ионами, металлич. соединениями или сплавами немагн. металлов с парамагн. ионами, в к-рых антиферромагн. обменное взаимодействие электронов проводимости с магн. ионами вызывает ряд характерных аномалий кине-тич., термич. и магн. свойств (см. Кондо эффект, Антиферромагнетизм). Все эти аномалии можно описать с помощью теории, в рамках к-рой считается, что "пере-

брос" магн. иона (в частности, иона с недостроенной f-оболочкой) между состояниями с разл. проекцией локализованного спина (локальные кондовские флуктуации) приводит к увеличению эфф. массы фермиевских электронов

. При низких темп-pax

, Т_K - темп-pa Кондо) фермиевские электроны регулярно "заскакивают" на f-оболочку (рис. 1), что проявляется в увеличении их эфф. массы (f-электроны имеют большую эфф. массу). Это, в свою очередь, приводит к образованию в окрестности уровня Ферми

пика плотности состояний

(резонанс Абрикосова - Сула). Ширина резонанса определяется температурой Кондо Т_К, а его амплитуда

обратно пропорц. Т_К (рис. 2). Для одного парамагн. иона (кондо-примеси) амплитуда

резонанса пренебрежимо мала по сравнению с плотностью состояний

в нормальных металлах. Однако в системах, содержащих магн. ионы в каждой элементарной ячейке, она может возрасти в N_А раз (на 1 моль, N_А - Авогадро постоянная). Для реализации соотношения

необходимо подавить прямое и косвенное обменные взаимодействия локализованных спинов

электронов друг с другом, т. к. оно приводит к магн. фазовому переходу и замораживанию спинов в состояниях с той или иной фиксированной проекцией, что делает невозможным локальные кондовские флуктуации спина (рис. 1). Прямое обменное взаимодействие спинов можно сделать достаточно слабым, если в качестве магн. атомов взять атомы с недостроенной 4f-оболочкой (лантаноиды)или 5f-оболочкой (актиноиды), у к-рых радиус f-оболочки

, что всегда меньше расстояния между соседними f-ионами (3-5 А).

Рис. 1. Переворот спина магнитной примеси (f-иона) с участием фермиевских электронов. Внутренней оболочке парамагнитного иона соответствует узкий энергетический уровень, попадающий в зону проводимости немагнитного металла;

- энергия f-электронов,

' - энергия Ферми (k - квазиимпульс);

- плотность состояний.

Рис. 2. Плотность электронных состояний

в немагнитных кондо-решётках;

- энергия Ферми; - энергия f-электронов, Тд.

- температура Кондо.

По сравнению с Т_К темп-pa, соответствующая энергии косвенного обменного взаимодействия спинов через электроны проводимости Т_РККИ (взаимодействие Рудермана - Киттеля- Ка-суи - Иосиды), является более медленной функцией параметра обменного взаимодействия

Здесь W - ширина зоны проводимости,

- кратность вырождения f-уровня. В случае достаточно больших

экспоненциальная зависимость "обгоняет" степенную и выполняется условие

, при к-ром локальные кондовские флуктуации спина становятся столь эффективными, что фазовый переход в состояние с замороженными спинами не реализуется вплоть до самых низких температур. В такой ситуации возможно создание К--р., в к-рых число магн. центров N_i в 1 моле достаточно велико , чтобы обеспечить условие

, и в то же время взаимодействие магн. ионов подавлено.

Параметр

, определяющий соотношение между

, зависит от степени V гибридизации s-, d- и f-состояний (см. Гибридизация атомных орбита-лей)и от положения относительно

Все известные К--р. содержат в качестве магн. центров f-ионы Се, Sm, Eu, Tm, Yb, U, Np, у к-рых энергия f-электронов аномально близка к

. Малость знаменателя и достаточно большое значение числителя в (3) и обеспечивают достаточно большое

для выполнения условия

. Т. о., увеличение

приводит к существенному изменению свойств системы локализованных спинов, находящихся в "море" электронов проводимости в металлах. В обычных магн. металлах параметр

мал,

и замораживание спинов при

делает невозможными кондовские флуктуации спина, поэтому резонанс

в окрестности

не образуется.

На практике реализуются К--р. двух типов. В К--р. с промежуточным значением

(СеВ₆, СеА1₂, СеIn₃ и др.) видны кондовские аномалии сопротивления, термоэдс, теплоёмкости, магн. восприимчивости, однако в области достаточно низких температур тенденция к переходу в состояние с замороженными спинами оказывается доминирующей. В результате осн. состояние системы локализованных спинов является магнитным, но на характер магн. структуры кон-довские флуктуации спина оказывают заметное влияние (магн. К. - р.).

В К--р. с

(СеА1₃, CeCuSi₂, СеСu₆, UBe₁₃ и др.) доминируют локальные кондовские флуктуации, причём каждый f-нон вносит независимый вклад в усиление амплитуды g_R

резонанса Абрикосова - Сула (н е м а г н. К--р.). При этом все параметры, связанные со значением g_R, отличаются на 2-3 порядка от соответствующих параметров у нормальных металлов: немагн. К--р. обладают гигантским электронным коэф. теплоёмкости (

пропорц. g_R), усиленным Паули парамагнетизмом (магнитная восприимчивость пропорц. g_R), аномалиями электропроводимости, термоэдс ,коэф. Холла и т. д. (табл.). Темп-pa Кондо в немагн. К--р. Т_к~2-10 К, что на 3 порядка меньше температуры вырождения электронного газа в нормальных металлах. Чрезвычайно узкому резонансу в немагн. К--р. отвечают квазичастицы с эфф. массой m*~(10²-10³)m₀ (m₀ - масса свободного электрона), наз. тяжёлыми фермионами. В связи с этим немагн. К--р. наз. также системами с тяжёлыми фермионами.

Низкотемпературные свойства немагнитных кондо-решёток по сравнению с нормальным металлом (Си)

Положение резонанса относительно

зависит от кратности

вырождения I-уровня, т. к. при T=ОК резонанс заполнен на

часть. В реальных К--р. эфф. кратность вырождения определяется соотношением между величиной расщепления f-уровня во внутрикристал-лическом поле и Т_K. Если наинизшее, отщепленное кристаллич. полем состояние является дублетом(j= = 1/2,

=2) и

, то

и при температурах

резонанс образуется точно на уровне Ферми (рис. 2). Если

, в формировании резонанса участвуют все

проекций спина, причём т. к. в реальных К--р.

(напр., в цериевых К--р.

, то резонанс несколько смещён относительно

(рис. 3).

Амплитуда резонанса Абрикосова - Сула в интервале T= (0,1-10) Т_к не зависит от Т, при этом в силу условия

её величина представляет собой сумму независимых вкладов всех кондо-примесей. При

Т_к необходим учёт когерентности кондовских флуктуации спина, приводящей к появлению на резонансе псевдощели на уровне Ферми.

Рис. 3. Плотность электронных состояний в немагн. К--р. с кратностью вырождения

>2.

В 1979 Ф. Штеглихом (F. Steglich) в CeCu₂Si₂ была открыта "сверхпроводимость тяжёлых фермионов". В дальнейшем она обнаружена у UBe₁₃, UPt₃, URu₂Si₂. Сверхпроводники с тяжёлыми фермионами обладают необычными свойствами как в нормальном состоянии, так и в сверхпроводящей фазе. В частности, при малых значениях температур сверхпроводящего перехода Т_с~0,5- 0,9 К они имеют очень высокие критич. магн. поля, высокую чувствительность к примесям. Аномальные свойства сверхпроводников с тяжёлыми фермионами указывают на необычный характер сверхпроводимости, отличный от традиц. механизма БКШ. В частности, обсуждается возможность возникновения сверхпроводимости электронных пар с ненулевым орбитальным моментом, аналогичной сверхтекучести фазы А в ³Не.

Литература по Кондо-решёткам

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.


				Скорость фермиев-ских электронов см/с
CeCu₂Si₂ .....	1050	0,65-10^-2	200	~10⁵ -10⁶
CeAl₃ ......	1650	3,6-10^-2	500	~10⁵ -10⁶
Сu ........	0,695	10^-5- 10^-6	0,1-1,0	0,6*10⁸