Kondo-ilmiö

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Kondo-ilmiö on metalleissa ja kvanttipisteissä tapahtuva ilmiö, joka vaikuttaa rakenteiden sähkönjohtavuuteen. Kondo-ilmiö johtuu pienten kaksitasosysteemien aikaansaamasta uudesta sironta- tai läpäisykanavasta.

Metalleissa kaksitasosysteemit muodostuvat magneettisista epäpuhtauksista, jotka voivat sirontaprosessissa kääntää elektronin spinin. Tuloksena sironnasta on niinkutsuttu Kondo-resonanssi ja sitä kautta sironnan ja sähkönvastuksen suureneminen. Kondo-ilmiön johdosta metallien vastus suurenee lämpötilan pienentyessä. Koska lämpötilan pienentyessä muut sirontamekanismit, kuten elektroni-elektroni- ja elektroni-fononisironta, heikkenevät, vastuksen lämpötilariippuvuus tulee ei-monotoniseksi. Näistä mekanismeista sekä elastisesta sironnasta johtuen vastuksen (tai tarkemmin resistiivisyyden) lämpötilariippuvuus metalleissa on yleensä muotoa


\rho(T) = \rho_0 + aT^2  + bT^5 + c_m \ln\frac{D}{T}.

Ensimmäinen termi aiheutuu lämpötilariippumattomasta elastisesta sironnasta, toinen Fermi-nesteominaisuuksista, kolmas elektroni-fononisironnasta ja neljäs Kondo-ilmiöstä. Termien kertoimet riippuvat kyseisen materiaalin ominaisuuksista. Yhtälö on voimassa Kondo-lämpötilan T_K yläpuolella. Tässä D on johtavuuselektronien vyönleveys.

Tyypillisesti näiden ilmiöiden yhteisvaikutuksena muodostuva vastuksen lämpötilariippuvuuden minimi sijaitsee noin 5 kelvinin lämpötilassa. Metallien Kondo-ilmiön selitti 1960-luvulla Jun Kondo, jonka mukaan ilmiö nimettiin.

Kvanttipisteissä Kondo-resonanssi muodostuu, kun kvanttipisteen varautumisenergia on paljon lämpötilaa suurempi, ja kun kvanttipisteen kytkentä ympäröiviin johtimiin on tarpeeksi suuri. Näissä rakenteissa Kondo-resonanssi lisää elektronien transmissiota kvanttipisteen läpi, ja sen vuoksi Kondo-ilmiö suurentaa kvanttipisteen konduktanssia. Kondo-ilmiötä kvanttipisteissä kuvaillaan tyypillisesti yhdellä energiaskaalalla, Kondo-lämpötilalla T_K.