Modell av Kondo-effekten på minimal ferrimagnetism och finner undertryckning av konduktivitet. Kredit:Osaka Metropolitan University
De flesta människor är inte medvetna om magnetiska krafter i sina vardagliga liv, utan förlitar sig kontinuerligt på dem i elmotorer, hårddiskar och elektriska sensorer. I kapplöpningen att utveckla mindre elektroniska komponenter måste kvantmekanismerna för dessa komponenter förstås. I sin nya uppsats modellerade Dr. Yunori Nishikawa från Osaka Metropolitan University Graduate School of Science och Masashi Tokuda från Osaka University matematiskt den elektronspridande Kondo-effekten i ferrimagnetiska ämnen.
I de enklaste modellerna av konduktivitet strömmar elektroner fritt genom metall, men saker och ting är mer komplicerade i kvantskalan:magnetiska föroreningar kan sprida vissa elektroner - ett fenomen som kallas Kondo-effekten. "Kondo-effekten är ett av nyckelbegreppen för att förstå starkt korrelerade elektronsystem, såsom magnetism i sällsynta jordartsmetaller och högtemperatursupraledare", förklarade Dr. Nishikawa. Den elektriska ledningsförmågan förändras baserat på magnetiska egenskaper, som förändras i förhållande till temperaturen, vilket gör förhållandet mellan alla tre faktorer mycket komplext. De senaste framstegen inom nanoteknik har gjort det möjligt att tillverka konstgjorda magnetiska system med hjälp av kvantprickar, vilket gör att Kondo-effekten och magnetiska interaktioner kan utforskas.
Upptäckten av ferrimagnetism 1948 gav Louis Néel 1970 års Nobelpris i fysik. Om du föreställer dig de magnetiska momenten i ett föremål som små riktningspilar av magnetisk kraft, i rena järnmagneter pekar alla pilar åt samma håll. I ferrimagneter å andra sidan pekar magnetiska moment i motsatta riktningar, men på ett obalanserat sätt. Kondo-effekten på ferrimagnetism hade inte undersökts.
Att få fram dessa svårfångade effekter kräver att fysiker blir kreativa med sina teoretiska upplägg, eftersom att försöka modellera dem kräver en hel del beräkningskraft. Forskarna använde ett nytt T-format gitter av fyra kvantprickar kopplade till två reservoarer av elektroner för att inducera en ström. Medan par av kvantprickar, eller kvartetter, har använts för att modellera kvantfenomen tidigare, var det T-formade arrangemanget nytt och tillät ferrimagnetism att växa fram.
Detta gjorde det möjligt för forskarna att modellera ferrimagnetism på den T-formade kvantprickarrayen i förhållande till temperaturförändringar, vilket bringade Kondo-effekten i linje med ferrimagnetism. "På grund av den symmetriska geometriska konfigurationen av systemet hade vi förväntat oss att vi skulle gå från det minimala ferrimagnetiska tillståndet till Kondo-tillståndet utan att gå igenom andra kvanttrasslade tillstånd, vilket förstärker den elektriska ledningsförmågan som vanligt," sa Tokuda. "Men vi blev mycket förvånade över att det var undertryckt, tvärtemot min första förväntning." Genom att förutsäga interaktionen mellan Kondo-effekten och minimal ferrimagnetism, presenterar denna forskning en kontraintuitiv hypotes för experimentella tester.
Uppsatsen publicerades i Physical Review B . + Utforska vidare
