Zusammenfassung (Englisch)
Since its first observation the Kondo effect has been a continuous drive for both theoretical and experimental physics and has seen an unprecedented renewed interest in the last years due to its observation in quantum dots. These nanosized objects allow to tune many fundamental properties, such as the charging energy or the level spacing, and hence test the according implications on the Kondo ...
Zusammenfassung (Englisch)
Since its first observation the Kondo effect has been a continuous drive for both theoretical and experimental physics and has seen an unprecedented renewed interest in the last years due to its observation in quantum dots. These nanosized objects allow to tune many fundamental properties, such as the charging energy or the level spacing, and hence test the according implications on the Kondo effect. For quantum dots formed in carbon nanotubes not only these electronic properties can be adjusted but, when preparing the sample, also a variety of contact materials can be chosen. In the present case the contact material of choice is Pd0.3Ni0.7, a dilute ferromagnetic alloy, that allows investigating the competition between two true many body effects, namely magnetism and the Kondo effect. While, simply said, magnetism favors parallel alignment of spins, the Kondo effect relies on the occurrence of many coherent spin-flip processes. Despite the presence of the ferromagnetic leads, Kondo correlations are still possible resulting in resonance peaks of the differential conductance at finite bias voltages. However, the energy at which the Kondo resonances in the differential conductance appear would correspond to applying an external magnetic field that exceeds the potentially present stray field by orders of magnitude. The reason for that is that the charge fluctuations between the quantum dot and the contacts, occurring for this intermediate coupling strength, renormalize the discrete states on the quantum dot in a spin dependent way. This results in an appreciable spin splitting which carries over to the Kondo effect. For the amount of splitting and its dependence on the level position intuitive formulas based on band structure arguments are derived. By a thorough analysis of the scaling properties in terms of temperature and especially magnetic field it is shown that the tunneling induced exchange field indeed alters the level structure and such influences the Kondo effect exactly in the same way as an externally applied magnetic field would.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Seit seiner frühesten Beobachtung war der Kondo-Effekt ein ständiger Antrieb sowohl in der theoretischen als auch der experimentellen Physik. In den letzten Jahren hat der Kondo-Effekt eine wahre Renaissance erlebt, die er seiner Beobachtung in Quantenpunkten verdankt. Diese mikroskopischen Objekte erlauben es, viele fundamentale Eigenschaften, wie zum Beispiel die Ladeenergie oder den ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Seit seiner frühesten Beobachtung war der Kondo-Effekt ein ständiger Antrieb sowohl in der theoretischen als auch der experimentellen Physik. In den letzten Jahren hat der Kondo-Effekt eine wahre Renaissance erlebt, die er seiner Beobachtung in Quantenpunkten verdankt. Diese mikroskopischen Objekte erlauben es, viele fundamentale Eigenschaften, wie zum Beispiel die Ladeenergie oder den Niveauabstand, abzustimmen und somit die Auswirkung auf den Kondo-Effekt zu testen. Für Quantenpunkte, die von Kohlenstoffnanoröhren gebildet werden, lassen sich nicht nur diese elektronischen Eigenschaften variieren, sondern, während der Probenherstellung, auch verschiedenste Materialien zur Kontaktierung selektieren. Im vorliegenden Fall wurde als Kontaktmaterial Pd0.3Ni0.7, eine verdünnte ferromagnetische Legierung, gewählt, die es ermöglicht, den Wettbewerb zwischen zwei echten Vielteilchen-Effekten, nämlich Magnetismus und Kondo-Effekt, zu untersuchen. Während, einfach gesagt, Magnetismus die parallele Ausrichtung von Spins bevorzugt, ist der Kondo-Effekt von vielen kohärenten Spin-Flip-Prozessen abhängig. Trotz der Anwesenheit der ferromagnetischen Kontakte treten nach wie vor Kondo-Korrelationen auf und verursachen Resonanzmaxima bei endlichen Spannungen im differentiellen Leitwert. Die Energie, bei der diese Kondo-Resonanzen im differentiellen Leitwert beobachtet werden, würde jedoch dem Anlegen eines äußeren Magnetfeldes entsprechen, das um mehrere Größenordnungen stärker sein müsste als ein eventuell vorhandenes Streufeld. Der Grund dafür ist, dass Ladungsfluktuationen zwischen dem Quantenpunkt und den Kontakten, welche bei mittlerer Kopplungsstärke auftreten, die diskreten Zustände des Quantenpunktes spinabhängig renormieren. Dies resultiert in einer beträchtlichen Spinaufspaltung, welche sich im Kondo-Effekt niederschlägt. Für die Größe dieser Aufspaltung sowie für die Abhängigkeit der Aufspaltung von der Levelposition werden intuitive Formeln, basierend auf Bandstrukturargumenten, hergeleitet. Durch eine gründliche Untersuchung der Skalierungseigenschaften, sowohl in Abhängigkeit der Temperatur als auch insbesondere in Abhängigkeit des Magnetfeldes, wird gezeigt, dass das tunnelinduzierte Austauschfeld die Niveaustruktur des Quantenpunktes und somit den Kondo-Effekt tatsächlich exakt genau so beeinflusst wie es ein extern angelegtes Magnetfeld täte.
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