Газета Троицкий Вариант # 51 - [20]
Тем временем у проблемы Кон-до обнаружились три новые области приложений, гораздо более важные, чем исходная задача о сопротивлении металлов с магнитными примесями.
Во-первых, в 1980-е годы были открыты и сразу стали чрезвычайно популярными так называемые «системы с тяжелыми фермионами». Дело тут вот в чем. Подавляющее большинство свойств металла определяется не всеми электронами, а только теми, энергия которыз близка к энергии Ферми. В частности, очень важна их эффективная масса, которая отличается от массы свободных электронов: во-первых, из-за воздействия кристаллического потенциала, а во-вторых, из-за эффектов взаимодействия с другими электронами и с фононами — электрон как бы «одевается» шубой из других электронов и из атомных смещений. Как правило, изменение эффективной массы по этим причинам — разы. В системах с тяжелыми фермионами (обычно это соединения, содержащие церий, уран, реже — иттербий или плутоний) перенормировка эффективной массы достигает значений порядка нескольких тысяч. Общепринятая интерпретация — это «решетки Кондо», где электроны утяжеляются за счет прилипания к магнитным моментам атомов церия или урана.
Во-вторых, люди стали интересоваться (сначала теоретически, а затем и экспериментально) «квантовыми точками». По сути это гигантские искусственные атомы — кусочки полупроводника (на-норазмеров), в которых энергетический спектр электронов дискретен. Если к ним подсоединить контакты, то электроны в контактах играют роль электронов проводимости в металлах, а сама квантовая точка — роль гигантской магнитной примеси. При протекании электрического тока через квантовую точку «сул-абрикосовские резонансы» прекрасно видны. Квантовые точки — основные объекты нанотехнологий (нанотехнологии действительно существуют, невзирая на всякие произносимые вокруг этого слова глупости), а эффект Кондо — одно из ключевых явлений, определяющих работу квантовых точек.
В-третьих, широкое распространение получила (начиная с 1990-х) сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) — экспериментальная техника, позволяющая прощупывать, с атомным разрешением, локальную электронную структуру поверхности металлов и полупроводников. Если до этого о существовании сул-абрикосовского резонанса можно было судить по косвенным признакам, то в СТМ его просто видно. Люди делают очень красивые вещи. Например, можно выложить из атомов эллипс и поместить в один из его фокусов магнитный атом (скажем, кобальт). Поднеся СТМ tip к этому атому, можно увидеть резонанс. Такой же резонанс можно увидеть, поднеся тип к другому (пустому) фокусу эллипса, — одно из самых элегантных доказательств, что электрон есть волна, какие я знаю. Можно выкладывать кластеры из магнитных атомов и смотреть, что происходит с эффектом Кондо, когда эти атомы взаимодействуют. Есть интересные геометрические эффекты — скажем, сигнал существенно зависит от того, равносторонний треугольник из атомов выложен или всего лишь равнобедренный.
И последнее. Спин как таковой не очень важен для эффекта Кондо — важно наличие внутренней (квантовой) степени свободы у примеси, которая может изменяться при рассеянии электрона. Например, это может быть атом с двумя положениями равновесия — справа и слева. Это может быть орбитальный момент — ориентация «лепесточков» распределения электронной плотности в пространстве. Важно, чтобы разные квантовые состояния примеси были вырождены, т.е. имели бы одинаковую энергию. Если их раздвинуть (в случае магнитных примесей это можно сделать, прикладывая внешнее магнитное поле), эффект Кондо разрушается. В отсутствие магнитного поля вырождение по спину гарантировано «теоремой Крамерса» — следствием инвариантности квантовой механики относительно обращения времени.
В других случаях никаких гарантий нет, и людям пришлось попотеть, чтобы сообразить, в каком случае будет возможен «орбитальный эффект Кондо». Мне посчастливилось принять участие в совместной с экспериментаторами работе, которая, по-видимому, впервые его на самом деле обнаружила (восемь лет назад) — на поверхности хрома. Потом он был найден в других системах, таких, как знаменитые сейчас «углеродные нанотрубки». Одна из моих самых последних работ -про орбитальный эффект Кондо для примесей на поверхности графена. Так что эффект Кондо остается в центре внимания теоретиков и экспериментаторов, неизменно оказываясь имеющим отношение чуть ли не ко всему новому и важному, что случается в нашей науке.
Cуперпланетарий за 101-м километром
Сергей Попов
Так получилось, что первый по-настоящему современный планетарий в России появился в Калуге. Причем аппаратура не стоит мертвым грузом — на ней активно работают, под нее разрабатывают новые программы. О том, что и как можно и нужно делать с таким оборудованием, Сергей Попов беседует с командой планетария. Отвечают: зав. планетарием Ирина Евстигнеева, главный специалист планетария Дмитрий Алёшин, лектор Дмитрий Фетисов и инженер Антон Зарубин.
Планетарий в Калуге находится в Музее истории космонавтики. В чем плюсы и минусы такого симбиоза?
