Kondo-Effekt in Systemen mit niedriger Ladungsträgerkonzentration

10 Kapitel 1: Einführung
Abbildung 1.6: Spezifischer Widerstand von Ca 0.992 U 0.008 B 6 in Abhängigkeit von der Temperatur,
oberer Inset: Ausschnittsvergrößerung, unterer Inset: Spezifischer Widerstand gegen
T 2 (aus [25]).
[25]. Abbildung 1.6 zeigt den spezifischen Widerstand einer Probe der Zusammensetzung
Ca 0.992 U 0.008 B 6 . Dies erschien den Autoren ungewöhnlich, gingen sie doch davon aus, dass
die 5f-Valenz-Zustände von Uran sehr viel stärker mit dem Leitungsband ihres Wirtsmetalls
hybridisieren als die 4f-Zustände von Cer. Durch diese Wechselwirkung mit den
Leitungselektronen verlieren die Uranstörstellen aber ihren lokalisierten Charakter und
können keinen Kondo-Effekt induzieren. Unterstützt wird diese These durch die Beobachtung
von Kondo-Verhalten in mit Cer dotiertem LaB 6 mit T K ≃ 1.1 K und T min ≃ 20 K
(siehe [27]). Dotiert man LaB 6 hingegen mit U statt mit Ce, findet man keine Hinweise
auf Kondo-Verhalten.
Worin besteht nun der Unterschied zwischen den beiden Hexaboriden LaB 6 und CaB 6 ?
Von LaB 6 ist seit langem bekannt, dass es metallisch ist [14], wohingegen CaB 6 ein direkter
Halbleiter mit einer Bandlücke von ungefähr 1 eV ist [11]. Damit ergibt sich leicht eine
Erklärung der gemessenen Daten. Die im Vergleich zu einem Metall drastisch reduzierte
Ladungsträgerdichte im Leitungsband eines Halbleiters bewirkt, dass die eigentlich starke
Hybridisierung der Uran-5f-Orbitale mit dem Leitungsband abgeschwächt wird, so dass
die Störstellen Kondo-Verhalten induzieren können. Diese Vorstellung ist wohl von Überlegungen
Nozières geleitet [21], wonach in realen Systemen mit einer im Vergleich zu den
mobilen Ladungsträgern hohen Konzentration von Störstellen der Abschirmmechanismus,
der in der Theorie zum LM-SC-Übergang führt, ineffektiver wird. Diese Phänomen wird
als Exhaustion-Effekt bezeichnet.
Bezogen auf das Störstellen-Anderson-Modell kann man den beschriebenen Sachverhalt
wie folgt interpretieren. Die starke Hybridisierung zwischen Leitungselektronen und Uran-
Atomen übersetzt sich direkt in einen relativ großen Wert der V k in (1.3). Nach Kapitel 1.3
bedeutet das eine Unterdrückung des Kondo-Verhaltens und ein hohes T K , da der Übergang