Квантовый транспорт через многоуровневую магнитную структуру при учете процессов многократного неупругого рассеяния в магнитном поле

Abstract

Представлено решение задачи о квантовом транспорте электронов через магнитный атом, адсорбированный в разломный контакт между металлическими парамагнитными электродами. В соответствии с экспериментальными данными считалось, что электроны проводимости испытывают неупругое рассеяние на адсорбате, связанное с инициируемыми s–d(f)-обменным взаимодействием переходами между магнитными подуровнями. При получении общего выражения, описывающего ток через многоуровневую структуру при конечных температурах, для вычисления неравновесных функций Грина применен метод Келдыша. Введение атомного представления позволило точно учесть неэквидистантную структуру энергетического спектра магнитного атома и применить теорему Вика для построения неравновесной диаграммной техники для операторов Хаббарда. Показано, что в магнитном поле вольтамперные характеристики магнитного адатома с туннельной связью при низких температурах содержат участки с отрицательной дифференциальной проводимостью.

Представлено розв’зок задачі про квантовий транспорт електронів через магнітний атом, адсорбований в розломний контакт між металевими парамагнітними електродами. Відповідно до експериментальних даних вважалося, що електрони провідності випробовують непружне розсіяння на адсорбаті, яке пов’язано із переходами між магнітними підрівнями, які ініціюються s–d(f)-обмінною взаємодією. При отриманні загального виразу, який описує струм через багаторівневу структуру при кінцевих температурах, для обчислення нерівноважних функцій Гріна застосовано метод Кєлдиша. Введення атомного уявлення дозволило точно врахувати нееквідистантну структуру енергетичного спектру магнітного атома та застосувати теорему Віка для побудови нерівноважної діаграмної техніки для операторів Хаббарда. Показано, що в магнітному полі вольт-амперні характеристики магнітного адатома з тунельним зв’язком при низьких температурах містять ділянки з негативною диференціальною провідністю.

A solution of the problem of quantum electron transport through a magnetic atom adsorbed in the metal break junction is presented. By the experimental data it was assumed that the conduction electrons experienced inelastic scattering by the adsorbate due to the s–d(f)-exchange interaction. The Keldysh technique was used to provide a general expression describing the current through the multilevel structure at finite temperatures in terms of the nonequilibrium Green function. The use of the atomic statistics allowed to take into account exactly the non-equidistant structure of the magnetic atom energy spectrum and to simplify substantially the application of the Wick theorem for construction of the nonequilibrium diagram technique for Hubbard operators. The calculation of the current-voltage characteristics of the magnetic adatom in the tunnel regime at low temperatures revealed the presence of regions with a negative differential conductance induced by magnetic field.