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, 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.


				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