Et nyt arrangement:Brug af kvanteprikker til at slukke den mindste ferrimagnetisme

De fleste mennesker er ikke opmærksomme på magnetiske kræfter i deres hverdag, men stoler konstant på dem i elektriske motorer, harddiske og elektriske sensorer. I kapløbet om at udvikle mindre elektroniske komponenter, skal disse komponenters kvantemekanismer forstås. I deres nye papir har Dr. Yunori Nishikawa fra Osaka Metropolitan University Graduate School of Science og Masashi Tokuda fra Osaka University matematisk modelleret elektronspredningseffekten Kondo i ferrimagnetiske stoffer.

I de simpleste modeller for ledningsevne flyder elektroner frit gennem metal, men tingene er mere komplicerede på kvanteskalaen:magnetiske urenheder kan sprede nogle elektroner - et fænomen kendt som Kondo-effekten. "Kondo-effekten er et af nøglebegreberne i forståelsen af ​​stærkt korrelerede elektronsystemer, såsom magnetisme i sjældne jordarters materialer og højtemperatursuperledere," forklarede Dr. Nishikawa. Den elektriske ledningsevne ændrer sig baseret på magnetiske egenskaber, som ændrer sig i forhold til temperaturen, hvilket gør forholdet mellem alle tre faktorer meget komplekst. Nylige fremskridt inden for nanoteknologi har gjort det muligt at fremstille kunstige magnetiske systemer ved hjælp af kvanteprikker, hvilket gør det muligt at udforske Kondo-effekten og magnetiske interaktioner.

Opdagelsen af ​​ferrimagnetisme i 1948 gav Louis Néel Nobelprisen i fysik i 1970. Hvis du forestiller dig de magnetiske momenter i et objekt som små retningspile af magnetisk kraft, peger alle pilene i rene jernmagneter i samme retning. I ferrimagneter derimod peger magnetiske momenter i modsatte retninger, men på en ubalanceret måde. Kondo-effekten på ferrimagnetisme var ikke blevet undersøgt.

At lokke disse uhåndgribelige effekter ud, kræver, at fysikere bliver kreative med deres teoretiske opsætning, fordi at forsøge at modellere dem kræver en stor mængde regnekraft. Forskerne brugte et nyt T-formet gitter af fire kvanteprikker forbundet til to reservoirer af elektroner til at inducere en strøm. Mens par af kvanteprikker eller kvartetter er blevet brugt til at modellere kvantefænomener før, var det T-formede arrangement nyt og tillod ferrimagnetisme at opstå.

Dette gjorde det muligt for forskerne at modellere ferrimagnetisme på det T-formede kvantepunkt-array i forhold til temperaturændringer, hvilket bragte Kondo-effekten på linje med ferrimagnetisme. "På grund af systemets symmetriske geometriske konfiguration havde vi forventet, at vi ville gå fra den minimale ferrimagnetiske tilstand til Kondo-tilstanden uden at gå gennem andre kvantesammenfiltrede tilstande og forstærke den elektriske ledningsevne som sædvanlig," sagde Tokuda. "Men vi var meget overraskede over at finde ud af, at det var undertrykt, i modsætning til min oprindelige forventning." Ved at forudsige interaktionen mellem Kondo-effekten og minimal ferrimagnetisme præsenterer denne forskning en kontraintuitiv hypotese for eksperimentelle tests.

Artiklen blev offentliggjort i Physical Review B . + Udforsk yderligere

Nanomaterialteori beskriver stærkt korrelerede elektroner i kvanteprikker