Американские ученые из исследовательского центра IBM (IBM's Almaden Research Center) в Сан-Хосе совершили прорыв в понимании интригующего явления фундаментальной физики – эффекта Кондо. Свое открытие они опубликовали в журнале Nature Physics.

Эффект Кондо, открытый в 1964 году и вот уже почти сто лет остававшийся хорошо описанным, но не объясненным, представляет собой один из примеров физических явлений когда совокупность большого количества частиц проявляет свойства единого объекта (одного квантовомеханического тела). Эффект Кондо описывается как аномальная зависимость сопротивления немагнитных металлов с относительно небольшой добавкой магнитных примесей (атомов переходных или редкоземельных элементов) от температуры. И вот сейчас, с использованием новейшей технологии, исследователи из корпорации IBM впервые показали, когда именно может наблюдаться эффект Кондо и объяснили почему это возможно.

Ключом к загадке оказалась геометрия ближайшего магнитного окружения примесного атома. Тщательное изучение влияния магнитного поля вокруг атома на его магнитный момент (спин) прояснило причины возникновения эффекта Кондо и дало возможность предсказать и понять его. Этот результат стоит считать действительно важным продвижением в фундаментальной физике.

Данное исследовательское достижение – одно из последних открытий ученых IBM, которые уже более двух десятилетий удерживают лидирующее положение в нанотехнологии и исследованиях явлений магнетизма в атомном масштабе. Начав с изобретения сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году, IBM является форпостом в поле исследований, расширяющих возможности изучения структуры вещества и манипуляций с атомами.

Что же такое эффект Кондо?

Когда один магнитный атом помещен в металл, свободные электроны металла начинают «экранировать» этот атом, и все электронное облако, образующееся вокруг этого атома, становится намагниченным. Если металл охладить до сверхнизких температур, атомный спин переходит в так называемое состояние «квантовой суперпозиции», то есть в состояние суперпозиции альтернативных (взаимоисключающих с классической точки зрения) состояний, которое не может быть реализовано в классической физике. В этом состоянии один и тот же магнитный полюс существует в двух противоположных направлениях. В результате этого электронное облако в области спина также может становиться намагниченным в двух направлениях одновременно.

На рис. 1 – данные сканирующей туннельной микроскопии – вблизи примесного атома наблюдается крестообразное затемнение, связанное с изменением локальной плотности состояний

Мария Костюкова