Effetto Kondo

L'effetto Kondo si manifesta in metalli drogati con impurità ferromagnetiche. Esso consiste in un andamento caratteristico della resistività del metallo in funzione della temperatura, dovuto agli scattering tra gli elettroni di conduzione e le impurità.

Effetto Kondo: Andamento della resistività di un campione di oro drogato con impurità di ferro a basse temperature

Questo effetto venne descritto per la prima volta da Jun Kondo, il quale dimostrò anche, utilizzando uno sviluppo perturbativo al terzo ordine, che la frequenza degli urti degli elettroni di conduzione con le impurità magnetiche diverge quando la temperatura scende allo zero assoluto.

In un modello che implementi l'effetto Kondo la dipendenza della resistività dalla temperatura può essere scritto nel modo seguente:

$\rho (T)=\rho _{0}+aT^{2}+bT^{5}+c_{m}\ln {\frac {\mu }{T}},$

dove ρ₀ è la resistività allo zero assoluto, aT² è un termine dovuto alle proprietà statistiche dei sistemi fermionici e il termine bT⁵ è dovuto ai modi vibrazionali del reticolo; a, b and c_m sono costanti determinate empiricamente. L'ultimo termine venne derivato da Jun Kondo ed è quello responsabile dell'effetto.

I primi calcoli mostrarono che, in base a questo modello, la resistività del materiale, dopo aver raggiunto un minimo a temperatura diversa da zero, cresce fino a presentare una divergenza a T=0.

Fu solo nel 1975, con il lavoro del fisico statunitense Kenneth Wilson, che venne risolto questa apparente aporia impiegando un procedimento basato sul gruppo di rinormalizzazione , lavoro che valse a Wilson il premio Nobel per la fisica nel 1982.

Oggi si definisce la temperatura di Kondo come quella temperatura al di sotto della quale perde di validità il metodo di calcolo originale di Kondo .

L'effetto Kondo può essere visto come un esempio di libertà asintotica, cioè di sistema fisico soggetto ad un'interazione la cui costante di accoppiamento diventa arbitrariamente grande man mano che ci si avvicina allo zero assoluto. In questo modello l'interazione è quella tra gli elettroni di conduzione e le impurità magnetiche presenti all'interno del metallo.

Schema della situazione di accoppiamento debole ad alta temperatura: gli elettroni si muovono in maniera caotica a velocità di Fermi v_F. Quando un elettrone giunge in prossimità di un atomo di impurità tende a porsi con lo spin opposto a quello dell'impurità. In questo modo si genera un lieve antiferromagnetismo. Al contrario, quando la temperatura tende a zero (e quindi, con essa, tende a zero anche v_F) il momento magnetico dell'atomo di elemento drogante e quello dell'elettrone di conduzione si legano fortemente a formare uno stato di momento magnetico totale nullo.

Collegamenti esterni

• Jun Kondo's web page, su aist.go.jp. URL consultato il 6 maggio 2014 (archiviato dall'url originale il 23 gennaio 2013).
• Kondo Effect - 40 Years after the Discovery Archiviato il 14 settembre 2019 in Internet Archive. - special issue of the Journal of the Physical Society of Japan
• The Kondo Problem to Heavy Fermions - Monograph on the Kondo effect by A.C. Hewson (ISBN 0-521-59947-4)
• Exotic Kondo Effects in Metals - Monograph on newer versions of the Kondo effect in non-magnetic contexts especially (ISBN 0-7484-0889-4)
• Correlated electrons in δ-plutonium within a dynamical mean-field picture, Nature 410, 793 (2001). Nature article exploring the links of the Kondo effect and plutonium