電子關聯與多體物理
近藤效應
/ KON-doh /
通常,把金屬冷卻會讓它導電更好:越冷,原子抖動得越少,電子流動得越暢快,於是電阻下降、最後趨於平穩。幾十年來這都是一條鐵律。後來實驗者發現某些金屬的電阻不但不趨平,反而在冷向絕對零度的過程中開始往回爬升。有某種東西在越冷時越使勁地跟電子作對——這是個不折不扣的謎。
罪魁禍首原來是寥寥幾個游離的磁性原子——比如撒進金裡的鐵這樣的雜質。每個這樣的原子都帶著一根小小的磁羅盤指針(也就是自旋)。在低溫下,那一大群傳導電子會集體把自己纏繞在這根孤零零的自旋周圍、試圖把它抵消掉,結成一團緊密的雲。隨著溫度下降,這團雲散射過路電子的效率越來越高,正是這一點把電阻又頂了上去。近藤淳在1964年解釋了它。
它之所以重要,是因為它是多體關聯的一個早期而乾淨的例子:單單一個雜質,竟重塑了周圍無數電子的行為。要誠實地補一句:這個效應很微弱,只在低溫且雜質濃度低時才顯現;要是塞進太多磁性原子,它們就會開始彼此相互作用,於是另一套更豐富的物理便接管了局面。
取一根純金絲,往裡溶進一撮鐵原子。把它冷下來,電阻如預期般下降,直到絕對零度以上大約十度——隨後它掉頭,又開始往上爬。這個小小的上翹,早在1930年代就被看到,卻足足三十年沒人能解釋,正是近藤效應留下的指紋。
含微量鐵的金,其電阻先下降,到低溫處又回升——這就是近藤上翹。
近藤溫度是那團屏蔽雲開始形成的標度。它並不是一個尖銳的相變——沒有什麼東西會驟然開啟。這團雲是隨你降溫而逐漸積累起來的,正因如此電阻是平滑地上升,而不是猛地跳變。
另見