05.07.2010
На рис: Схематическое изображение молекулы на основе кобальта, которую растягивали между двумя золотыми электродами. (Credit: Joshua Parks, Cornell University)
Изменяя симметрию магнитной молекулы, например, растягивая ее в разные стороны, можно управлять ее свойствами - состоянием ее спина и магнитной анизотропией. Такой эксперимент провели ученые из Корнельского университета в США. Они предполагают, что используя их способ, можно будет создавать новые приборы спинтроники и изучать фундаментальные процессы, связанные с электронами.
Ученые под руководством Дэна Ральфа (Dan Ralph) изучали резонанс Кондо у молекулы со спином, равным единице. С помощью литографии они изготовили на кремниевой подложке золотой мостик длиной в 500 нанометров и толщиной в несколько десятков нанометров. Часть мостика в центре они заменили отдельной молекулой, состоящей из магнитного атома кобальта и шести пиридиновых колец. Два магнитных электрона кобальта образуют триплетное состояние – набор трех квантовых состояний с одинаковыми энергиями. Оба спина указывают в том же направлении, поэтому в сумме у кобальта спин равен единице. Когда образец охлаждают до 1.6 градусов Кельвина, то можно наблюдать провал в электрическом сопротивлении молекулы при нулевом напряжении. А это характерно для резонанса Кондо, поясняет Ральф.
Затем ученые растянули молекулу примерно на 0.08 нанометров, сгибая подложку. Кондо резонанс разделился на два пика. Ральф считает, что это разделение происходит из-за растягивания молекулы, при котором нарушается ее кубическая симметрия, которая отвечает за наличие триплетного состояния с одинаковой энергией. При этом энергия одного состояния падает, и размер падения связан с размером разделения пиков.
Ученые подтвердили магнитную природу разделения, повторив эксперимент в присутствии магнитного поля. Если магнитное поле направлено перпендикулярно растягиванию молекулы, то разделение пиков постепенно нарастало с величиной магнитного поля. Если же поле было направлено по растягиванию, то размер разделения резко менялся с величиной магнитного поля. Ральф считает, что это подтверждает существование резонанса Кондо в молекуле с единичным спином.
Ученые также проследили, как изменяется проводимость при нулевом напряжении, когда образец нагревали от 1.6 до 30 градусов Кельвина. Как и ожидалось, они наблюдали падение проводимости. Теперь они пытаются повторить эксперимент с магнитными электродами не из золота. Это позволит инжектировать спин-поляризованные электроны в молекулу, которая может стать первым важным шагом для создания приборов спинтроники.
От редакции:
(Эффект Кондо впервые объяснил в 1964 году японский физик Юн Кондо (Jun Kondo). Еще в 1930-е годы ученые выяснили, что добавка небольшого количества ферромагнитных примесей снижает проводимость, тогда как проводимость обычных магнитных металлов растет с понижением температуры. Кондо объяснил, что это явление связано с обменным взаимодействием электронов проводимости металла с магнитной примесью, при котором происходит корреляция их спинов. При низких температурах электрон, двигающийся мимо магнитной примеси будет стремиться переключить свой спин, и, таким образом, будет отклоняться от своего пути.
Если электрон взаимодействует с магнитной молекулой или магнитной квантовой точкой, то при его перетекании от одного магнитного электрода к другому через магнитную примесь образуется пик проводимости точки или молекулы при нулевом напряжении. Это явление называют резонансом Кондо.
У немагнитных молекул или квантовых точек, проводимость управляется электростатической силой отталкивания между электроном в металле и электроном в молекуле или точке. Для того чтобы электрону продвинуться от электрода к молекуле или точке, ему надо преодолеть этот барьер. В магнитной системе, однако, обменное взаимодействие, описанное Кондо, снижает этот барьер, позволяя электрону перепрыгнуть в молекулу или квантовую точку и выйти с другой стороны.
Хотя этот эффект уже наблюдали в квантовых точках и молекулах с одним магнитным электроном (система со спином ½), изучение его в системах с большим спином поможет пролить свет на поведение электронов проводимости в магнитных материалах.)
Mechanical Control of Spin States in Spin-1 Molecules and the Underscreened Kondo Effect
Science 11 June 2010:Vol. 328. no. 5984, pp. 1370 – 1373. DOI: 10.1126/science.1186874
J.J. Parks, A.R. Champagne, T.A. Costi, W.W. Shum, A.N. Pasupathy, E. Neuscamman, S. Flores-Torres, P.S. Cornaglia, A.A. Aligia, C.A. Balseiro, G.K.Chan, H.D. Abruña, D.C. Ralph
http://physicsworld.com/cws/article/news/42924
