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 с понижением 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 падении 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. Во-первых, два электрона сталкиваются друг с другом, образуя четко определенные квазичастицы, которые распространяются в облаке 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, подключенные к сверхпроводникам.
Квантовые точки могут быть ключом к реализации квантовых информационных технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая связь.