发现新的量子边界:自旋大小决定近藤效应的表现

研究人员发现近藤效应随局部自旋尺寸的变化而变化,从而能够控制量子材料中的磁态。

来源:Scientific Inquirer

集体行为是凝聚态物理学中的一种不寻常现象。当量子自旋作为一个系统相互作用时,它们会产生单个粒子中看不到的独特效应。了解量子自旋如何相互作用以产生这种行为是现代凝聚态物理学的核心。

在这些现象中,近藤效应(局域自旋与传导电子之间的相互作用)在许多量子现象中发挥着核心作用。

然而,在实际材料中,额外电荷和轨道自由度的存在使得很难分离出近藤效应背后的基本量子机制。在这些材料中,电子不仅具有自旋,还可以四处移动并占据不同的轨道。当所有这些额外的行为混合在一起时,就很难只关注造成近藤效应的自旋相互作用。

Kondo 项链模型由 Sebastian Doniach 于 1977 年提出,通过专门关注自旋自由度来简化 Kondo 晶格。该模型长期以来被认为是探索新量子态的有前途的概念平台;然而,近半个世纪以来,其实验实现一直是一个公开的挑战。

关键问题之一是近藤效应和由此产生的行为是否会根据局部自旋的大小而发生根本性的变化。了解这一特性对于量子材料研究具有普遍重要意义。

大阪都立大学科学研究科副教授 Hironori Yamaguchi 领导的研究小组利用精确设计的由有机自由基和镍离子组成的有机-无机杂化材料,成功实现了新型近藤项链。这一成就是通过 RaX-D 实现的,RaX-D 是一种先进的分子设计框架,可以精确控制晶体内的分子排列以及由此产生的磁相互作用。

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