[論文レビュー] Competition between Kondo screening and exchange interaction in pairs of atoms

A. Spinelli, Miriam Coenders‐Gerrits+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2014

Quantum and electron transport phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、Cu2N/Cu(100)上に配置されたCo原子対における結合Kondo不純物を調査しており、低Kondo温度（2.6 K）と調整可能な交換結合が、磁場調整された相にアクセス可能である。走査トンネル顕微鏡および3次輸送モデルを用いて、著者らは、高磁場下で両不純物が同時にKondo遮蔽される、新しい相を同定した。微分伝導度スペクトルを用いて、遮蔽度が独立して評価された。

ABSTRACT

A system of two exchange-coupled Kondo impurities in a magnetic field gives rise to a rich phase space hosting a multitude of correlated phenomena. Magnetic atoms on surfaces probed through scanning tunnelling microscopy provide an excellent platform to investigate coupled impurities, but typical high Kondo temperatures prevent field-dependent studies from being performed, rendering large parts of the phase space inaccessible. We present an integral study of pairs of Co atoms on insulating Cu2N/Cu(100), which each have a Kondo temperature of only 2.6 K. In order to cover the different regions of the phase space, the pairs are designed to have interaction strengths similar to the Kondo temperature. By applying a sufficiently strong magnetic field, we are able to access a new phase in which the two coupled impurities are simultaneously screened. Comparison of differential conductance spectra taken on the atoms to simulated curves, calculated using a third order transport model, allows us to independently determine the degree of Kondo screening in each phase.

研究の動機と目的

• 磁場下における2原子系におけるKondo遮蔽と交換結合の相乗作用を調査すること。
• 高Kondo温度系の制限を克服し、磁場依存の研究を可能にすること。
• 結合Kondo不純物のこれまでアクセス不可能であった相空間領域に到達し、その特徴を明らかにすること。
• 両不純物が同時にKondo遮蔽される新しい相を実験的に同定し、その強度を定量すること。

提案手法

• Kondo温度が2.6 KであるCo原子対を絶縁体であるCu2N/Cu(100)基板上に作成し、磁場調整可能な研究が可能になるようにする。
• Kondo温度と同等の交換結合強度を調整することで、多様な量子相にアクセスする。
• 強い磁場を用いて、同時にKondo遮蔽が起こる新しい相へと系をチューニングする。
• 個々の原子における微分伝導度スペクトルを取得し、局所的電子状態を調べる。
• 実験的スペクトルと3次輸送モデルからのシミュレーションを比較し、遮蔽度を抽出する。
• 測定されたスペクトルへのモデルフィッティングにより、各相におけるKondo遮蔽強度を独立して決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 両Kondo不純物が高磁場下で同時に遮蔽される際に、どのような相が出現するか？
• RQ2 低Kondo温度2原子系において、交換相互作用とKondo遮蔽の競合はどのように進行するか？
• RQ3 微分伝導度スペクトルは、結合不純物におけるKondo遮蔽度を信頼性高く定量できるか？
• RQ4 磁場が遮蔽と交換結合の競合をどのようにチューニングするか？
• RQ5 実験的スペクトルは、3次輸送モデルからの理論的予測とどのように一致するか？

主な発見

• 高磁場下で、2つのCo原子が同時にKondo遮蔽される新しい量子相が同定された。
• 低Kondo温度（2.6 K）のおかげで、通常は高TK系ではアクセスできない磁場依存の挙動に到達可能である。
• 個々の原子における微分伝導度スペクトルに明確な特徴が現れ、Kondo遮蔽強度の独立した定量が可能である。
• 3次輸送モデルは実験的スペクトルを正確に再現しており、遮蔽度の抽出が妥当であることを裏付けた。
• 交換結合強度をKondo温度と同等に調整することで、相空間全体にわたる相関現象の観察が可能になった。
• 本研究では、低TK系がKondo遮蔽と交換相互作用の競合を詳細に調査可能であることを示した。