Автор AZoNano 24 декабря 2020 г.

Физики-теоретики Йошимичи Тератани и Акира Огури из городского университета Осаки и Руи Сакано из Токийского университета разработали математические формулы, которые описывают физическое явление, происходящее внутри квантовых точек и других наноразмерных материалов.

Формулы, опубликованные в журнале Physical Review Letters могут быть применены для дальнейших теоретических исследований физики квантовых точек, ультрахолодных атомных газов и кварков.

Речь идет об «эффекте Кондо». Этот эффект был впервые описан в 1964 году японским физиком-теоретиком Джун Кондо в некоторых магнитных материалах, но теперь, похоже, происходит во многих других системах, включая квантовые точки и другие наноразмерные материалы.

Обычно электрическое сопротивление металлов падает с понижением температуры. Но в металлах, содержащих магнитные примеси, это происходит только до критической температуры, выше которой сопротивление возрастает при понижении температуры.

Ученые в конечном итоге смогли показать, что при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, спины электронов запутываются с магнитными примесями, образуя облако, которое экранирует их магнетизм. Форма облака изменяется при дальнейшем понижении температуры, что приводит к увеличению сопротивления. Тот же самый эффект происходит, когда к металлу прикладываются другие внешние «возмущения», такие как напряжение или магнитное поле.

Тератани, Сакано и Огури хотели разработать математические формулы для описания эволюции этого облака в квантовых точках и других наноразмерных материалах, что является непростой задачей.

Чтобы описать такую ​​сложную квантовую систему, они начали с системы при абсолютном нуле, где применима хорошо зарекомендовавшая себя теоретическая модель, а именно теория ферми-жидкости, для взаимодействующих электронов. Затем они добавили «поправку», которая описывает другой аспект системы против внешних возмущений. Используя эту технику, они написали формулы, описывающие электрический ток и его колебания через квантовые точки.

Их формулы показывают, что электроны взаимодействуют в этих системах двумя различными способами, которые вносят вклад в эффект Кондо. Сначала два электрона сталкиваются друг с другом, образуя четко определенные квазичастицы, которые распространяются внутри облака Кондо. Что еще более важно, происходит взаимодействие, называемое вкладом трех тел. Это когда два электрона объединяются в присутствии третьего электрона, вызывая сдвиг энергии квазичастиц.

«Предсказания формул вскоре можно будет исследовать экспериментально», – говорит Огури. «Исследования в рамках этого исследования только начались», – добавляет он .

Формулы также могут быть расширены для понимания других квантовых явлений, таких как движение квантовых частиц через квантовые точки, соединенные со сверхпроводниками. Квантовые точки могут быть ключом к реализации квантовых информационных технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая связь.

Мы – Городской университет Осаки – старейший исследовательский университет Осаки. Имея 9 факультетов бакалавриата и 11 школ аспирантуры, цель которых – сделать городскую жизнь лучше, энергоэффективнее, а людей – более здоровыми и счастливыми, мы выиграли множество наград и выпустили 2 Нобелевских лауреатов.

Источник: https://www.osaka-cu.ac.jp/en