Kondo-ilmiö

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 $T_{K}$.