Vezetőképesség-anomáliák ferromágneses nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Ko...
Download
1 / 20

Budapesti Műszaki Egyetem Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium - PowerPoint PPT Presentation


  • 67 Views
  • Uploaded on

Vezetőképesség-anomáliák ferromágneses nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?. Budapesti Műszaki Egyetem Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium. T csökken. N páratlan. N páratlan. N páros.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Budapesti Műszaki Egyetem Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium' - zion


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Vezetőképesség-anomáliák ferromágneses nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Budapesti Műszaki Egyetem

Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium


T csökken nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

N páratlan

N páratlan

N páros

Motiváció: a Kondo-effektus megjelenése különböző nanorendszerekben


A nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

V

Tartalom

  • Bevezetés

    • Atomi kontaktusok létrehozása

    • Kísérleti technikák

2. Kondo-Fano-effektus nanostruktúrákban

3. Nanokontaktusokon mért I-V görbék nemlinearitásának statisztikai vizsgálata


D nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?z» Dx/100!

Az MCBJ módszer nanokontaktusok előállítására

molekulák


Piezo nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

?

Molekulák adagolása

I

V

A vezetőképesség hisztogram

I(V) vagy dI/dV(V) görbék is felvehetők

Rögzített kontaktus méret

Vezetőképességhisztogram

Vezetőképességgörbék


Kondo effektus nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Szennyező ion, egy d atompályával

Coulomb energia

TK

Lokalizált mágneses momentumjön létre, ha:

A környezethez való csatolás (a szubsztrát fém vezetési elektronjaival való hibridizáció)miatt a diszkrét nívók D vastagságúra szélesednek ki.

Egy bizonyos TKalatt a Fermi-energiánál éles (kTK szélességű) csúcs jelenik meg

A vezetési elektronok állapotsűrűségében.

Anderson modell (a d-nívóra ült elektron és a vezetési elektronok Hamilton-operátora):

Lokalizált mágneses momentum esetén (Kondo modell):

hibridizációs tag


T csökken nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

EF

N páratlan

N páratlan

S

D

N páros

Kondo effektus különböző nanostruktúrákban

Kvantum dotok: a vez.kép.növekszika páratlan völgyekben – párosítatlan spinek a QD-n

W.G. van der Wiel et al., Science 2892105–2108 (2000)

Kvantum „karám” – Kondo effektus mindkét fókuszpontban

Kondo-effektus ferromágneses kontaktusokban

Abhay N. Pasupathy et al.,

Science 306, 87 (2004)

Molekuláris QDOT, antiparallel beállásban Kondo-csúcs,

parallel beállásban felhasadt Kondo effektus (effektív tér)

Physics World: Revival of the Kondo effect (2001 jan) pg. 33-38

H. C. Manoharan et al., Nature 403 512–515 (2000)


Folytonos nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

spektrum

csatolás

Diszkrét nívó

alapállapot

Fano-effektus – egy kvantummechanikai jelenség

Tekintsünk kvantumrendszert, melynek állapotai egy diszkrét nívó kivételével kontinuumot alkotnak!

T:az alapállapotból a kontinuumba történő gerjesztés

VE: csatolás a diszkrét szint és a kontinuum között

E

Fano jelalak:

Az alapállapotból a kontinuumba történő gerjesztés valószínűségét a diszkrét nívó megjelenése megváltoztatja.

A jelalak (q aszimmetria faktor) a csatolás erősségétől függ.

U. Fano, Phys.Rev. 124, 1866–1878 (1961)

q=0-nál destruktív interferencia


E nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?F

S

D

Fano-effektus különböző rendszerekben

Fano effektus kvantum dotokban

Az egy dimenziós vezetési csatorna képezi akontinuumot, adotpedig adiszkrét nívót.

Acsatolás a gate-feszültséggel finoman állítható.

A transzmisszióFano-jelalakot mutat.

A. C. Johnson et al., Phys. Rev. Lett., 93, 106803 (2004)

Aharonov-Bohm ring

Felső félgyűrű: a transzport ki-, bekapcsolható

Alsó félgyűrű: egy kvantum dot

K.. Kobayashi et al., Phys.Rev. Lett., 88, 256806 (2002).


Fano-Kondo effektus STM-kontaktusokban nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Co atom Aufelületen STM tűvel:

Cu felületen

A Kondo-hőmérséklet alatt a Co atomon lokalizálódó mágneses momentum leárnyékolódik, így kialakul a Kondo-csúcs az állapotsűrűségben: ez lesz a Fano-rezonanciához szükséges diszkrét nívó.

A tű térbeli mozgatásával a q aszimmetria-faktorhangolható (azaz a diszkrét szintre való átugrás valószínűsége.)

N. Néel et al., PRL 98, 016801 (2007)

V. Madhavan, et al., Science 280 (1998);

Jiutao Li, et al., PRL 80 (1998)


Fano-Kondo effektus STM-kontaktusokban nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Co atom Aufelületen STM tűvel:

Cu felületen

A Kondo-hőmérséklet alatt a Co atomon lokalizálódó mágneses momentum leárnyékolódik, így kialakul a Kondo-csúcs az állapotsűrűségben: ez lesz a Fano-rezonanciához szükséges diszkrét nívó.

A tű térbeli mozgatásával a q aszimmetria-faktorhangolható (azaz a diszkrét szintre való átugrás valószínűsége.)

N. Néel et al., PRL 98, 016801 (2007)

V. Madhavan, et al., Science 280, 567 (1998);

Jiutao Li, et al., PRL 80, 2893 (1998)

A közvetlen alagúteffektusés a szennyezőn keresztül történő átmenet interferál (Fano-effektus):

[

]2

+

Közvetlenül a kontinuumba

2 lépésben a diszkrét szinten keresztül


Kondo effektus ferromágneses kontaktusokban I. nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Elméleti számítások

DFT (LSDA+ U) számolások:

Az alacsony koordinációs szám miatt lokális mágneses momentum alakul ki a d pályákon.

AFM kicserélődésa vezetési sp pályákkal.

Ferromágneses nanokontaktusokvizsgálata STM-törőkontaktussal

(megszokott módszer a törőkontaktusok között)

A differenciális vezetőképességben zérus feszültség környékén Fano-jelalakszerű

anomáliát mutatnak (Fano-Kondo effektus?), mindenesetre a Fano-jelelakkal fittelhetők (?)

Egy lehetséges magyarázat: a geometria miatt a d-pályák (diszkrét)

és a vezetési sp-pályák (kontinuum) közötti interferencia

M. Reyes Calvo et al.,

Nature 458, 1150


Kondo effektus ferromágneses kontaktusokban II. nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

- I(V) görbék illesztése TK-kból hisztogram lognormális-szerű eloszlást mutat

- hőmérsékletfüggés  T növelésével eltűnik

  • Ellenvetések (miért furcsa a Fano-Kondo rezonancia ebben az esetben?):

  • kémiailag homogén minta

  • spin-polarizáció az elektródákban nincs figyelembe véve

  • tetszőleges, koherencián alapuló jelenség hőmérsékletfüggése hasonló

  • a lognormális eloszlás nem biztos, származhat a T=0 K-nél lévő levágástól is.

  • a Fano-effektus eredete nincs tárgyalva a cikkben

M. Reyes Calvo et al.,

Nature 458, 1150


Kísérleti eredményeink I. nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

hisztogram mérések:

- Fe, Ni ferromágneses

- Al nem ferromágneses

- Pt, Pd nem ferromágneses, de nanoskálán mutathat FM tulajdonságot

dI/dV mérések MCBJ-kontaktusok százain

- minden görbén vannak anomáliák

- ezek amplitúdója 20-30 mV feszültségnél lecsökken

- a görbéknek csak 30-50% százaléka fittelhető a Fano- jelalakkal, a többi komplexebb.


Kísérleti eredményeink II. nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Mindegyik anyag hasonló viselkedést mutat, kiválaszthatóak Fano-jelalakkal fittelhető

és nem fittelhető görbék egyaránt. A nemlinearitás mindegyik anyagnál lecsökken egybizonyos, anyagra jellemző (tipikusan 20-30 mV nagyságú) feszültség környékén.


Görbék sorszáma nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Görbék sorszáma

Gavg [G0]

Gavg [G0]

A kísérleti eredmények statisztikai vizsgálata

dI/dV görbéket statisztikailag megvizsgáltuk:

Minden anyagnál hasonló mértékben csökken le a nemlinearitást jellemző szórásnégyzet.

Nikkelnél mágneses térben is mértünk (B=10 T), és nem tapasztaltunk különbséget.


Vezetőképesség fluktuációk nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Random fluktuációk a dI/dV görbéken, melyek reprodukálnak egy adott kontaktusnál (tehát nem zaj). Szükséges feltétel: elektronok fáziskoherenciája.

A kontaktuson átjutó elektronhullámrészben visszaverődik a diffúzív elektródákról. Ez a részhullám a kontaktusról bizonyos eséllyel ismét visszaverődik és interferál a direkt hullámmal.

Az interferenciafeltételekváltoztathatóka kontaktusra adott feszültséggel (vagyis az elektronok hullámhosszával), ez eredményezi a vezetőképesség-fluktuációt:

~l

B. Ludoph et al. Phys. Rev. Lett., 82, 1530 (1999); A. Halbritter et al. Phys. Rev. B, 69, 121411 (2004)


Dekoherencia? nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Egy lehetséges másik magyarázat: az oszcillációkvezetőképesség-fluktuációk,

magasabb feszültségnél viszont a fononokon való szórás dekoherenciát okoz.

Point Contact Spectroscopymérések alapján ismerjük a fononok állapotsűrűségét => a dekoherencia ott lép fel, ahol az elektronok energiája eléri a fononok állapotsűrűségében megjelenő ,,lépcsőt’’

Alumíniumra:

t( T=300K)=0.8*10 -14

t(T=77K)=6.5*10-14

Ashcroft-Mermin

Ahhoz, hogy legalább egy fél oszcillációt lássunk a vezetőképességben±20 mV feszültség alatt, az elektronnak kb.t=5*10-14s időre van szüksége. A relaxációs időkből látható, hogy ez lehetséges az elektron számára.


Kitekintés: számolások egyelőre gyerekcipőben nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?

Két út: Kondo vagy dekoherencia?

Kondos ab initio számolások

Kémiailag inhomogén mintákon, ez még mindig nem a mi rendszerünk. (Zawadowski, Jacob)

Dekoherenciás számolások:

Csak becslések


Munkatársak nanokontaktusokban zérus feszültség környékén: Kondo-effektus vagy dekoherencia?:

Mihály György (egyetemi tanár, intézetvezető)

Halbritter András (egyetemi docens, témavezető)

Makk Péter (doktorandusz)

Csonka Szabolcs (egyetemi docens)

Geresdi Attila (doktorandusz)

Gyenis András (doktorandusz)


ad