miniatura|320x320px|Efecte Kondo: Com es comporta la resistivitat de l'or a baixes temperatures, quan hi ha una petita quantitat del que probablement eren impureses de ferro. En física, l'efecte Kondo descriu la dispersió dels electrons de conducció en un metall a causa d'impureses magnètiques, la qual cosa resulta en un canvi característic, és a dir, un mínim de resistivitat elèctrica amb la temperatura. La causa de l'efecte va ser explicada per primera vegada per Jun Kondo, que va aplicar la teoria de pertorbacions de tercer ordre al problema per explicar la dispersió dels electrons de conducció de l'orbital s pels electrons de l'orbital d localitzats a les impureses (model Kondo). El càlcul de Kondo va predir que la taxa de dispersió i la part resultant de la resistivitat haurien d'augmentar logarítmicament a mesura que la temperatura s'acosta a 0 K. Estes a una xarxa d' impureses magnètiques, l'efecte Kondo probablement explica la formació de fermions pesants i aïllants Kondo en compostos intermetàl·lics, especialment aquells que impliquen elements de terres rares com el ceri, el praseodimi i l'itterbi, i elements actínids com l'urani. L'efecte Kondo també s'ha observat en sistemes de punts quàntics.
Teoria La dependència de la resistivitat sobre la temperatura , incloent-hi l'efecte Kondo, s'escriu com
on és la resistivitat residual, el terme mostra la contribució de les propietats del líquid de Fermi i el terme prové de les vibracions de la xarxa: , , i són constants independents de la temperatura. Jun Kondo va derivar el tercer terme amb dependència logarítmica de la temperatura i la dependència de la concentració observada experimentalment.
Història El 1930, Walther Meissner i B. Voigt van observar que la resistivitat de l'or nominalment pur arriba a un mínim a 10 K, i de manera similar per al Cu nominalment pur a 2 K. Es van descobrir resultats similars en altres metalls. Kondo va descriure els tres aspectes desconcertants que van frustrar els investigadors anteriors que van intentar explicar l'efecte:
S'espera que la resistivitat d'un metall veritablement pur disminueixi monòtonament, ja que amb una temperatura més baixa, la probabilitat de dispersió electró-fonó disminueix. La resistivitat hauria d'estabilitzar-se ràpidament quan la temperatura baixa per sota de la temperatura de Debye dels fonons, corresponent al mode de vibració més alt permès del metall. Tanmateix, en l'aliatge AuFe, la resistivitat continua augmentant bruscament per sota de 0,01 K, tot i que sembla que no hi ha cap bretxa d'energia tan petita en l'aliatge AuFe. El fenomen és universal, per la qual cosa qualsevol explicació s'hauria d'aplicar en general.
Els experiments realitzats a la dècada del 1960 per Myriam Sarachik als Laboratoris Bell van mostrar que el fenomen era causat per la impuresa magnètica en metalls nominalment purs. Quan Kondo va enviar una vista prèvia del seu article a Sarachik, Sarachik va confirmar que les dades s'ajustaven a la teoria.
La solució de Kondo es va derivar utilitzant la teoria de pertorbacions, resultant en una divergència a mesura que la temperatura s'acosta a 0 K. Mètodes posteriors que utilitzaven tècniques no pertorbatives van refinar el seu resultat. Aquestes millores van produir una resistivitat finita, però van conservar la característica d'un mínim de resistència a una temperatura diferent de zero. Es defineix la temperatura de Kondo com l'escala d'energia que limita la validesa dels resultats de pertorbació. El model d'impureses d'Anderson i la teoria de renormalització de Wilsonian que l'acompanya van ser una contribució important per comprendre la física subjacent del problema. Basant-se en la transformació de Schrieffer-Wolff, es va demostrar que el model de Kondo es troba en el règim d'acoblament fort del model d'impureses d'Anderson. La transformació de Schrieffer-Wolff elimina les excitacions de càrrega d'alta energia del model d'impureses d'Anderson, obtenint el model de Kondo com un hamiltonià efectiu. miniatura|320x320px|Esquema de la situació d'alta temperatura feblement acoblada en què els moments magnètics dels electrons de conducció a l'hoste metàl·lic passen pel moment magnètic de la impuresa a velocitats de vF, la velocitat de Fermi, experimentant només una lleugera correlació antiferromagnètica a prop de la impuresa. En canvi, a mesura que la temperatura tendeix a zero, el moment magnètic de la impuresa i el moment d'un electró de conducció s'uneixen molt fortament per formar un estat general no magnètic. L'efecte Kondo es pot considerar com un exemple de llibertat asimptòtica, és a dir, una situació on l'acoblament esdevé no pertorbativament fort a baixes temperatures i baixes energies. En el problema de Kondo, l'acoblament es refereix a la interacció entre les impureses magnètiques localitzades i els electrons itinerants.
Exemples Estes a una xarxa d'ions magnètics, l'efecte Kondo probablement explica la formació de fermions pesants i aïllants Kondo en compostos intermetàl·lics, especialment aquells que impliquen elements de terres rares com el ceri, el praseodimi i l'itterbi, i elements actínids com l'urani . En materials fermiònics pesants, el creixement no pertorbatiu de la interacció condueix a quasielectrons amb masses de fins a milers de vegades la massa de l'electró lliure, és a dir, els electrons es veuen dràsticament frenats per les interaccions. En diversos casos són superconductors . Es creu que una manifestació de l'efecte Kondo és necessària per comprendre la fase delta metàl·lica inusual del plutoni.
The Kondo effect has been observed in quantum dot systems. In such systems, a quantum dot with at least one unpaired electron behaves as a magnetic impurity, and when the dot is coupled to a metallic conduction band, the conduction electrons can scatter off the dot. This is completely analogous to the more traditional case of a magnetic impurity in a metal.
La hibridació d'estructura de banda i la topologia de banda plana en aïllants Kondo s'han obtingut imatges en experiments d'espectroscòpia de fotoemissió amb resolució angular.
El 2012, Beri i Cooper van proposar que es podia trobar un efecte Kondo topològic amb fermions de Majorana, mentre que s'ha demostrat que les simulacions quàntiques amb àtoms ultrafreds també poden demostrar l'efecte.
El 2017, equips de la Universitat Tecnològica de Viena i la Universitat Rice van dur a terme experiments sobre el desenvolupament de nous materials fets amb els metalls ceri, bismut i pal·ladi en combinacions específiques i treballs teòrics experimentant amb models d'aquestes estructures, respectivament. Els resultats dels experiments es van publicar el desembre de 2017 i, juntament amb el treball teòric, van conduir al descobriment d'un nou estat, un semimetall de Weyl impulsat per correlació. L'equip va anomenar aquest nou material quàntic semimetall de Weyl-Kondo.
Referències
Categoria:Electricitat Categoria:Electromagnetisme Categoria:Superconductivitat