Эффект Кондо

Эффект Кондо — эффект увеличения электрического сопротивления слаболегированных магнитными примесями немагнитных металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю.

Назван в честь японского физика Дзюна Кондо (англ. Jun Kondo), давшего явлению теоретическое обоснование. Соответствующую температуру и энергетический масштаб называют температурой Кондо.

История открытия

В 1930-х годах Мейснер и Войт наблюдали аномальное увеличение сопротивления чистых золотых образцов при температурах меньше 10 К. В действительности оказалось, что при их изготовлении они были загрязнены небольшим количеством примесей железа. В 1964 году Дзюн Кондо показал, что причиной наблюдаемого явления могут быть взаимодействия между спинами электронов проводимости и спинами примесей.

Теория

Эффект наблюдается в металлических сплавах, где концентрация спинов может составлять до нескольких ppm. Это приводит к тому, что собственная энергия спина во взаимодействии является доминирующим фактором.

При понижении температуры до единиц кельвинов магнитные взаимодействия между спинами примесей и электронами проводимости начинают влиять на характер рассеяния последних. Подобные взаимодействия локализированных спинов обычно описывают РККИ-обменным взаимодействием. Температура, при которой наблюдается минимум сопротивления, называется температурой Кондо, и она определяется выражением

T_K = D/k_Bexp (-D/2|J|),

где D — ширина энергетической зоны, k_B — константа Больцмана, J — обменный интеграл. Зависимость сопротивления от температуры T при этом определяется выражением

R(T) = R₀(T)+c(J²/D)s(s+1)A[1-2J/D(ln D/k_BT)],

где R₀ — немагнитный вклад в сопротивление, c — концентрация примесей, s — спин примесей, A — сосредоточенный параметр.

Пространственные размеры экранирующих облаков электронов с когерентными спинами составляют несколько мкм.

«Ожерелье Кондо»

В ходе изучения эффекта Кондо возникали трудности при выделении спиновых взаимодействий внутри материала от всех остальных, поэтому учёные использовали упрощенные теоретические модели. В 1977 году Себастьян Дониак предложил модель «ожерелье Кондо», в которой не учитываются движение электронов и орбитальные эффекты, а всё внимание направлено только на взаимодействующие спины.

В январе 2026 года японские физики опубликовали результаты исследования созданного ими нового типа «ожерелья Кондо» из сконструированного гибридного материала на основе органических радикалов и ионов никеля. При увеличении локализованного спина с 1/2 до 1 было замечено, что магнитная упорядоченность и магнетизм в материале также растут. Это опровергло многолетнюю теорию о том, что эффект Кондо подавляет магнетизм, связывая свободные спины в синглеты — состояния с нулевым полным спином. Сравнение системы со спином ½ и спином 1 показало чёткую квантовую границу и доказало, что роль эффекта Кондо фундаментально зависит от размера спина.