Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойФизикаНемецкие учёные решили давнюю проблему физики конденсированного состояния

Немецкие учёные решили давнюю проблему физики конденсированного состояния

- Advertisement -

Команда Кёльнского университета успешно наблюдала неуловимый эффект Кондо в искусственном атоме, применив новый подход с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Этот значительный прогресс в физике конденсированного состояния, подтверждающий теоретические предсказания, открывает новые возможности для исследования экзотических состояний материи.

Команда физиков Кёльнского университета решила давнюю проблему физики конденсированного состояния: они непосредственно наблюдали эффект Кондо (перегруппировку электронов в металле, вызванную магнитными примесями), видимый в одном искусственном атом. В прошлом это не удавалось успешно делать, поскольку магнитные орбитали атомов обычно невозможно наблюдать напрямую с помощью большинства методов измерения.

Однако международная исследовательская группа под руководством доктора Воутера Джоли из Института экспериментальной физики Кёльнского университета использовала новую технику для наблюдения эффекта Кондо на искусственной орбите внутри одномерной проволоки, плавающей над металлическим листом графен. Они сообщают о своем открытии в недавней статье, опубликованной в Физика природы.

Понимание эффекта Кондо

Когда электроны, движущиеся через металл, сталкиваются с магнитным атомом, на них воздействует спин атома – магнитный полюс элементарных частиц. Пытаясь экранировать влияние спина атома, море электронов группируется рядом с атомом, образуя новую состояние многих тел, называемое резонансом Кондо.

Это коллективное поведение известно как эффект Кондо и часто используется для описания металлов, взаимодействующих с магнитными атомами. Однако другие типы взаимодействий могут привести к очень похожим экспериментальным сигнатурам, ставящим под сомнение роль эффекта Кондо для одиночных магнитных атомов на поверхностях.

Инновационные экспериментальные методы

Физики использовали новый экспериментальный подход, чтобы показать, что их одномерные провода также подвержены эффекту Кондо: электроны, запертые в проводах, образуют стоячие волны, которые можно рассматривать как расширенные атомные орбитали. Эту искусственную орбиталь, ее связь с электронным морем, а также резонансные переходы между орбиталью и морем можно отобразить с помощью сканирующего туннельного микроскопа. В этом экспериментальном методе используется острая металлическая игла для измерения электронов с атомным разрешением. Это позволило команде измерить эффект Кондо с беспрецедентной точностью.

«Магнитные атомы на поверхности напоминают историю о человеке, который никогда не видел слона и пытается представить его форму, прикоснувшись к нему один раз в темной комнате. Если вы ощупаете только туловище, вы представите себе совершенно другое животное, чем если бы вы прикоснулись к боку», — рассказал Камиэль ван Эфферен, докторант, проводивший эксперименты.

«Долгое время измерялся только резонанс Кондо. Но могут быть и другие объяснения сигналов, наблюдаемых в этих измерениях, точно так же, как хобот слона тоже может быть змеей».

Исследовательская группа Института экспериментальной физики специализируется на выращивании и исследовании 2D-материалов — кристаллических твердых тел, состоящих всего из нескольких слоев атомов, таких как графен и монослой дисульфида молибдена (MoS2). Они обнаружили, что на границе раздела двух кристаллов MoS2, один из которых является зеркальным отражением другого, образуется металлическая проволока из атомов.

С помощью своего сканирующего туннельного микроскопа они смогли одновременно измерять магнитные состояния и резонанс Кондо при удивительно низкой температуре -272,75 градуса Цельсия (0,4 Кельвина), при которой проявляется эффект Кондо.

Корреляция теории с экспериментальными данными

«Хотя наши измерения не оставили сомнений в том, что мы наблюдали эффект Кондо, мы еще не знали, насколько хорошо наш нетрадиционный подход можно сравнить с теоретическими предсказаниями», — добавила Джоли. Для этого команда заручилась помощью двух физиков-теоретиков, профессора доктора Ахима Роша из Кельнского университета и доктора Тео Кости из исследовательского центра Юлиха, оба всемирно известных экспертов в области физики Кондо.

После обработки экспериментальных данных на суперкомпьютере в Юлихе выяснилось, что резонанс Кондо можно точно предсказать по форме искусственных орбиталей в магнитных проводах, что подтвердило предсказание десятилетней давности одного из отцов-основателей физики конденсированного состояния. , Филип В. Андерсон.
Теперь ученые планируют использовать свои магнитные провода для исследования еще более экзотических явлений.

«Размещая наши одномерные провода в сверхпроводнике или в квантовой спиновой жидкости, мы могли бы создавать многочастичные состояния, возникающие из других квазичастиц, а не из электронов», — объяснил Камиэль ван Эфферен. «Увлекательные состояния материи, возникающие в результате этих взаимодействий, теперь можно ясно увидеть, что позволит нам понять их на совершенно новом уровне».

Ссылка: «Модулированное экранирование Кондо вдоль границ магнитных зеркальных двойников в монослое MoS2», Камиэль ван Эфферен, Джейсон Фишер, Тео А. Кости, Ахим Рош, Томас Мишели и Воутер Джоли, 9 ноября 2023 г., Физика природы.
DOI: 10.1038/s41567-023-02250-w

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме