Forskere stiller spørgsmålstegn ved grundlæggende undersøgelse af Kondo-effekten

Kondo-effekten påvirker den elektriske modstand af metaller ved lave temperaturer og genererer komplekse elektroniske og magnetiske ordrer. Nye koncepter til datalagring og -behandling, såsom at bruge kvanteprikker, er baseret på dette. I 1998, forskere fra USA offentliggjorde spektroskopiske undersøgelser af Kondo-effekten ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi, som anses for banebrydende og har udløst utallige andre af lignende art. Mange af disse undersøgelser skal muligvis revurderes, nu hvor Jülich-forskere har vist, at Kondo-effekten ikke kan bevises uden tvivl med denne metode. I stedet, et andet fænomen er at skabe netop det spektroskopiske 'fingeraftryk', som tidligere blev tilskrevet Kondo-effekten.

Normalt falder modstanden af ​​metaller, når temperaturen falder. Kondo-effekten får den til at stige igen under en tærskelværdi, der er typisk for det pågældende materiale, den såkaldte Kondo-temperatur. Dette fænomen opstår, når magnetiske fremmede atomer, såsom jern, forurener ikke-magnetiske værtsmetaller, såsom kobber. Kort fortalt, når en strøm løber, atomkernerne er opslugt af elektroner. Jernatomerne har et kvantemekanisk magnetisk moment. Dette får elektronerne i nærheden til at justere deres spin antiparallelt med atomets øjeblik ved lave temperaturer og hænge rundt om koboltatomet som en sky på en bjergtop. Dette hindrer strømmen af ​​elektronerne - den elektriske modstand øges derefter. I fysikken, dette er kendt som sammenfiltring, den stærke kobling af urenhedens moment med de omgivende elektroners spins. Denne effekt kan udnyttes, for eksempel i form af kvantepunkter:nanokrystaller, der en dag kunne tjene som minimalt informationslager eller processorelementer.

Kondo-effekten var allerede blevet observeret i 1934 og blev grundlæggende forklaret af Jun Kondo i 1964. I 1998, eksperimentelle fysikere opnåede et metodisk gennembrud i studiet af effekten. Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi, det var blevet muligt at detektere og placere individuelle atomer på overflader og at registrere energispektre specifikt på disse punkter. Et karakteristisk fald i målekurven blev fundet ved positionen af ​​koboltatomer på en guldoverflade, som fra da af blev betragtet som markøren for Kondo-effekten. Tidligere, Kondo-effekten kunne kun detekteres indirekte via modstandsmålinger. Yderligere undersøgelser af andre materialekombinationer og atomarrangementer ved hjælp af denne teknik fulgte som et resultat, og et særskilt forskningsfelt blev oprettet, dedikeret til undersøgelse af mange-legeme-fænomener med atomopløsning.

Imidlertid, fysikerne fra Peter Grünberg Instituttet og Instituttet for Avanceret Simulering ved Forschungszentrum Jülich har nu fundet en alternativ årsag til dykket i energispektret:såkaldt magnetisk anisotropi. Under en bestemt temperatur, dette får det fremmede atoms magnetiske moment til at koble sig til værtsmetallets krystalgitter, så orienteringen af ​​øjeblikket praktisk talt "fryser". Over denne temperatur, excitationer af det magnetiske moment opstår på grund af spinegenskaberne af mikroskopets tunnelelektroner. Forskere var endnu ikke i stand til at måle denne type spin-excitation i 1998.

Forskerne har arbejdet i årevis med at forbedre teoretiske modeller for spin -excitation. Tidligt fandt de bevis på den Kondo-lignende markør. I første omgang, imidlertid, de manglede stadig evnen til konsekvent at inkludere vigtige, såkaldte relativistiske effekter i deres beregninger. Da det først var lykkedes dem at gøre det, de tog endnu et kig på systemet med kobolt og guld. De var nu i stand til at sikkerhedskopiere deres beregninger på imponerende vis med data fra scanning tunneling spektroskopi undersøgelser. Både de målte og beregnede spektre er nogenlunde i overensstemmelse.

"Det betyder, at meget af det, vi troede, vi havde lært om Kondo-effekten i løbet af de sidste to årtier, og som allerede har fundet vej til lærebøger, skal undersøges igen, " forklarer prof. Samir Lounis, leder af Functional Nanoscale Structure Probe and Simulation Laboratory (Funsilab). Forskerne foreslår allerede de første nye eksperimenter baseret på deres forudsigelser.