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铁磁原子接触中的近藤效应。

The Kondo effect in ferromagnetic atomic contacts.

作者信息

Calvo M Reyes, Fernández-Rossier Joaquín, Palacios Juan José, Jacob David, Natelson Douglas, Untiedt Carlos

机构信息

Departamento de Fisica Aplicada, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, San Vicente del Raspeig, E-03790 Alicante, Spain.

出版信息

Nature. 2009 Apr 30;458(7242):1150-3. doi: 10.1038/nature07878.

DOI:10.1038/nature07878
PMID:19407797
Abstract

Iron, cobalt and nickel are archetypal ferromagnetic metals. In bulk, electronic conduction in these materials takes place mainly through the s and p electrons, whereas the magnetic moments are mostly in the narrow d-electron bands, where they tend to align. This general picture may change at the nanoscale because electrons at the surfaces of materials experience interactions that differ from those in the bulk. Here we show direct evidence for such changes: electronic transport in atomic-scale contacts of pure ferromagnets (iron, cobalt and nickel), despite their strong bulk ferromagnetism, unexpectedly reveal Kondo physics, that is, the screening of local magnetic moments by the conduction electrons below a characteristic temperature. The Kondo effect creates a sharp resonance at the Fermi energy, affecting the electrical properties of the system; this appears as a Fano-Kondo resonance in the conductance characteristics as observed in other artificial nanostructures. The study of hundreds of contacts shows material-dependent log-normal distributions of the resonance width that arise naturally from Kondo theory. These resonances broaden and disappear with increasing temperature, also as in standard Kondo systems. Our observations, supported by calculations, imply that coordination changes can significantly modify magnetism at the nanoscale. Therefore, in addition to standard micromagnetic physics, strong electronic correlations along with atomic-scale geometry need to be considered when investigating the magnetic properties of magnetic nanostructures.

摘要

铁、钴和镍是典型的铁磁金属。在大块材料中,这些材料中的电子传导主要通过s电子和p电子进行,而磁矩大多处于狭窄的d电子能带中,它们倾向于在其中排列。在纳米尺度下,这种总体情况可能会改变,因为材料表面的电子所经历的相互作用与大块材料中的不同。在这里,我们展示了这种变化的直接证据:纯铁磁体(铁、钴和镍)原子尺度接触中的电子输运,尽管它们具有很强的大块铁磁性,但出乎意料地揭示了近藤物理现象,即在低于特征温度时,传导电子对局部磁矩的屏蔽作用。近藤效应在费米能级处产生一个尖锐的共振,影响系统的电学性质;这在电导特性中表现为如在其他人工纳米结构中观察到的法诺 - 近藤共振。对数百个接触点的研究表明,共振宽度呈现出与材料相关的对数正态分布,这是由近藤理论自然产生的。这些共振也会随着温度升高而变宽并消失,这与标准近藤系统的情况相同。我们的观察结果得到了计算的支持,这意味着配位变化可以在纳米尺度上显著改变磁性。因此,在研究磁性纳米结构的磁性时,除了标准的微磁学物理外,还需要考虑强电子关联以及原子尺度的几何结构。

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