slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
Budapesti Műszaki Egyetem Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
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
slide1

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

Budapesti Műszaki Egyetem

Alacsony Hőmérsékletű Szilárdtestfizikai Laboratórium

slide2
T csökken

N páratlan

N páratlan

N páros

Motiváció: a Kondo-effektus megjelenése különböző nanorendszerekben

slide3
A

V

Tartalom

  • Bevezetés
    • Atomi kontaktusok létrehozása
    • Kísérleti technikák

2. Kondo-Fano-effektus nanostruktúrákban

3. Nanokontaktusokon mért I-V görbék nemlinearitásának statisztikai vizsgálata

slide4
Dz» Dx/100!

Az MCBJ módszer nanokontaktusok előállítására

molekulák

slide5
Piezo

?

Molekulák adagolása

I

V

A vezetőképesség hisztogram

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

Rögzített kontaktus méret

Vezetőképességhisztogram

Vezetőképességgörbék

slide6
Kondo effektus

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

slide7
T csökken

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)

slide8
Folytonos

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

slide9
EF

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).

slide10
Fano-Kondo effektus STM-kontaktusokban

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)

slide11
Fano-Kondo effektus STM-kontaktusokban

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

slide12
Kondo effektus ferromágneses kontaktusokban I.

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

slide13
Kondo effektus ferromágneses kontaktusokban II.

- 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

slide14
Kísérleti eredményeink I.

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.

slide15
Kísérleti eredményeink II.

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.

slide16
Görbék sorszáma

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.

slide17
Vezetőképesség fluktuációk

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)

slide18
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.

slide19
Kitekintés: számolások egyelőre gyerekcipőben

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

slide20
Munkatársak:

Mihály György (egyetemi tanár, intézetvezető)

Halbritter András (egyetemi docens, témavezető)

Makk Péter (doktorandusz)

Csonka Szabolcs (egyetemi docens)

Geresdi Attila (doktorandusz)

Gyenis András (doktorandusz)

ad