Кондо изолятор

Дисперсионное соотношение зоны проводимости и локализованных состояний.

Гибридизация и образование непрямой энергетической (гибридизационной) щели за счет когерентного кондо-экранирования локальных моментов морем электронов проводимости.

В случае кондо-изоляторов уровень Ферми (химический потенциал) находится в гибридизационной щели.

В физике твердого тела под изоляторами Кондо (также называемыми полупроводниками Кондо и полупроводниками с тяжелыми фермионами ) понимаются материалы с сильно коррелированными электронами, которые открывают узкую запрещенную зону ( порядка 10 мэВ) при низких температурах с химическим потенциалом . лежащий в щели, тогда как в тяжелых фермионных материалах химический потенциал расположен в зоне проводимости . Запрещённая зона открывается при низких температурах из-за гибридизации локализованных электронов (в основном f-электронов) с электронами проводимости — корреляционного эффекта, известного как эффект Кондо . Как следствие, при измерениях удельного сопротивления наблюдается переход от металлического поведения к изолирующему поведению. Запрещенная зона может быть прямой или косвенной . Наиболее изученными кондо-изоляторами являются FeSi, Ce ₃ Bi ₄ Pt ₃ , SmB ₆ , YbB ₁₂ и CeNiSn, хотя известно более десятка кондо-изоляторов. ^[1]

Исторический обзор

В 1969 году Мент и др. не обнаружил магнитного упорядочения в SmB ₆ вплоть до 0,35 К и смену металлического поведения на изолирующее при измерении удельного сопротивления с понижением температуры. Они интерпретировали это явление как изменение электронной конфигурации Sm. ^[2]

Габриэль Эппли и Закари Фиск нашли описательный способ объяснить физические свойства Ce ₃ Bi ₄ Pt ₃ и CeNiSn в 1992 году. Они назвали материалы изоляторами Кондо, демонстрируя поведение решетки Кондо вблизи комнатной температуры, но становясь полупроводниками с очень маленькими энергетическими запрещенными зонами ( от нескольких Кельвинов до нескольких десятков Кельвинов) при понижении температуры. ^[3]

Транспортные свойства

При высоких температурах локализованные f-электроны образуют независимые локальные магнитные моменты. Согласно эффекту Кондо, удельное сопротивление изоляторов Кондо на постоянном токе имеет логарифмическую зависимость от температуры. При низких температурах локальные магнитные моменты экранируются морем электронов проводимости, образуя так называемый резонанс Кондо. Взаимодействие зоны проводимости с f-орбиталями приводит к гибридизации и энергетической щели . Если химический потенциал находится в гибридизационной щели, то в сопротивлении постоянному току при низких температурах можно наблюдать изолирующее поведение. ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {g} }}$

В последнее время эксперименты по фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением позволили получить прямое изображение зонной структуры, гибридизации и топологии плоских зон в кондо-изоляторах и родственных соединениях. ^[4]

Рекомендации

1. Дзеро, Максим; Ся, Цзин; Галицкий, Виктор; Коулман, Пирс (10 марта 2016 г.). «Топологические изоляторы Кондо». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 7 (1): 249–280. arXiv : 1506.05635 . Бибкод : 2016ARCMP...7..249D. doi : 10.1146/annurev-conmatphys-031214-014749. ISSN  1947-5454. S2CID  15794370.
2. Мент, А.; Бюлер, Э.; Гебалле, TH (17 февраля 1969 г.). «Магнитные и полупроводниковые свойства SmB ₆ ». Письма о физических отзывах . Американское физическое общество (APS). 22 (7): 295–297. Бибкод : 1969PhRvL..22..295M. doi : 10.1103/physrevlett.22.295. ISSN  0031-9007.
3. Kondo Insulators , Г. Эппли, З. Фиск, 1992, Комментарии Cond. Мат. Физ. 16, 155-170
4. Хасан, М. Захид; Сюй, Су-Ян; Неупане, Мадхаб (2015), «Топологические изоляторы, топологические полуметаллы Дирака, топологические кристаллические изоляторы и топологические изоляторы Кондо», Топологические изоляторы , John Wiley & Sons, Ltd, стр. 55–100, doi : 10.1002/9783527681594.ch4, ISBN 978-3-527-68159-4

• Коулман, П. (2007). «Тяжелые фермионы: электроны на грани магнетизма». Справочник по магнетизму и современным магнитным материалам . Чичестер, Западный Суссекс, Англия: John Wiley & Sons. arXiv : cond-mat/0612006 . Бибкод : 2006cond.mat.12006C. ISBN 9780470022177. OCLC  124165851.
• Райзборо, Питер С. (2000). «Тяжелые фермионные полупроводники». Достижения физики . Информа ЮК Лимитед. 49 (3): 257–320. Бибкод : 2000AdPhy..49..257R. дои : 10.1080/000187300243345. ISSN  0001-8732. S2CID  119991477.