Давно уже известен эффект Кондо, связанный со взаимодействием электронов проводимости немагнитного металла с магнитной примесью. Недавно группе английских ученых удалось экспериментально наблюдать иной - орбитальный - вариант этого эффекта, предсказанный ранее теоретически.

Эффект Кондо был обнаружен еще в первой половине прошлого века как аномальная зависимость сопротивления немагнитных металлов с относительно небольшой добавкой магнитных примесей (атомов переходных или редкоземельных элементов) от температуры. Традиционный эффект Кондо связан с обменным взаимодействием электронов проводимости металла с магнитной примесью. При низких температурах обменное взаимодействие электронов проводимости с примесным ионом велико и приводит к компенсации магнитного момента иона - вокруг него образуется "облако" экранирующих электронов. Из-за взаимодействия с магнитной примесью плотность электронных состояний вблизи уровня Ферми (уровень Ферми отделяет заполненные электронные состояния от незаполненных при нулевой температуре) претерпевает изменения. Особенности в плотности состояний проводящих электронов могут быть обнаружены с помощью туннельной спектроскопии, т.е. при регистрации вольт-амперных характеристик туннельных переходов, содержащих соответствующий материал (процессы туннелирования непосредственно связаны с плотностью электронных состояний). Особенности на вольт-амперных характеристиках, хорошо выделяющиеся при дифференциальной регистрации, являются отражением тех или иных особенностей плотности состояний.

Рис.1. Данные сканирующей туннельной микроскопии - вблизи примесного атома наблюдается крестообразное затемнение, связанное с изменением локальной плотности состояний.

Помимого обычного эффекта Кондо было предсказано также существование орбитального эффекта Кондо для поверхностей ферромагнитных материалов (в отсутствии примесей). Подразумевается, что электроны проводимости взаимодействуют с поверхностными электронными состояниями, ответственными за образование химических связей. В недавнем номере Nature сообщается о том, что группе английских исследователей удалось наблюдать этот эффект [1]. Эксперименты проводились на атомно-чистой поверхности хрома (100) с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При измерении dV/dI была обнаружена особенность вблизи (на 26 мэВ выше) поверхности Ферми. Сканирующая туннельная микроскопия позволяет проводить измерения с очень высоким пространственным разрешением, и для исследования природы данной особенности были проведены измерения вблизи немагнитного примесного атома (атомы были введены специально), присутствие которого вызывает локальное возмущение плотности состояний. Ученые обнаружили в окрестности примесного атома крестообразную аномалию (см. рисунок), связанную с подавлением поверхностных орбитальных состояний, ее симметрия отвечает симметрии волновых функций поверхностных состояний. На основании полученных данных и рассмотрения многоэлектронной задачи авторы утверждают, что в их экспериментах действительно наблюдался орбитальный эффект Кондо. То, что на рисунке видно "затемнение", не удивительно - это как бы "негатив": на всей остальной поверхности существует резонанс, связанный с орбитальным эффектом Кондо, а в окрестности примесного атома он отсутствует.

1. O.Yu.Kolesnychenko, R. De Kort, M.I.Katsnelson et al. Nature, v.415, 507 (2002).

Использованы материалы бюллетеня ПерсТ, выпуск 3 за 2002 г.

Е.Онищенко.