En una investigación publicada en Naturaleza , un grupo de investigación internacional ha finalizado una búsqueda de cincuenta años al observar directamente un fenómeno cuántico conocido como nube de cribado de Kondo. Este fenómeno, que es importante para muchos fenómenos físicos como la superconductividad de alta temperatura, es esencialmente una nube que enmascaraimpurezas magnéticas en un material. Se sabía que existía pero su extensión espacial nunca se había observado, creando controversia sobre si tal extensión realmente existía.
El magnetismo surge de una propiedad de los electrones conocida como espín, lo que significa que tienen un momento angular alineado en una de las dos direcciones, convencionalmente conocido como arriba y abajo. Sin embargo, debido a un fenómeno conocido como el efecto Kondo, los espines de conducciónlos electrones, los electrones que fluyen libremente en un material, se enredan con una impureza magnética localizada y la protegen eficazmente. La fuerza de este acoplamiento giratorio, calibrado como temperatura, se conoce como la temperatura de Kondo. El tamaño de la nubees otro parámetro importante para un material que contiene múltiples impurezas magnéticas porque los espines en la nube se acoplan entre sí y median el acoplamiento entre las impurezas magnéticas cuando las nubes se superponen. Esto ocurre en varios materiales como redes Kondo, vidrios giratorios y superconductores de alta temperatura..
Aunque el efecto Kondo para una sola impureza magnética es ahora un tema de libro de texto en física de muchos cuerpos, la detección de su objeto clave, la nube de Kondo y su longitud, ha sido esquiva a pesar de muchos intentos durante las últimas cinco décadas.Utilizando la resonancia magnética nuclear o la microscopía de túnel de barrido, dos métodos comunes para comprender la estructura de la materia, no han mostrado ninguna firma de la nube, o han demostrado una firma solo a una distancia muy corta, menos de 1 nanómetro, mucho más corta que la predichatamaño de la nube, que estaba en el rango de micras.
En el presente estudio, los autores observaron una nube de cribado de Kondo formada por una impureza definida como un giro de electrones localizado en un punto cuántico, un tipo de "átomo artificial", acoplado a electrones de conducción cuasi-unidimensionales, yluego usó un interferómetro para medir los cambios en la temperatura de Kondo, permitiéndoles investigar la presencia de una nube en el extremo del interferómetro. Esencialmente, perturbaron ligeramente los electrones de conducción en un lugar alejado del punto cuántico utilizando una puerta electrostática.los electrones conductores dispersados por esta perturbación regresaron al punto cuántico e interfirieron consigo mismos. Esto es similar a cómo una onda en una superficie de agua dispersada por una pared forma un patrón de rayas. La nube de Kondo es un objeto mecánico cuántico que actúa para preservarLa naturaleza ondulatoria de los electrones dentro de la nube. Aunque no existe una influencia electrostática directa de la perturbación en el punto cuántico, esta interferencia modifica la señal de KondoMedida por conductancia electrónica a través del punto cuántico si la perturbación está presente dentro de la nube.En el estudio, los investigadores descubrieron que la longitud y la forma de la nube están universalmente escaladas por el inverso de la temperatura de Kondo, y que el tamaño y la forma de la nube coincidían con los cálculos teóricos."Por lo tanto, pudimos confirmar experimentalmente la predicción teórica original de la longitud de la nube de Kondo que está en el orden de los micrómetros", dijo Ivan Borzenets, de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, quien realizó las mediciones experimentales.
Según Michihisa Yamamoto, del Centro RIKEN de Ciencia de Materia Emergente CEMS, quien dirigió la colaboración internacional, "es muy satisfactorio haber podido obtener una imagen espacial real de la nube de Kondo, ya que es un gran avance paracomprender varios sistemas que contienen múltiples impurezas magnéticas. Este logro solo fue posible gracias a una estrecha colaboración con los teóricos. Se descubrió que el tamaño de la nube de Kondo en los semiconductores era mucho mayor que el tamaño típico de los dispositivos semiconductores. Esto significa que la nube puede mediar las interaccionesentre espines distantes confinados en puntos cuánticos, que es un protocolo necesario para el procesamiento de información cuántica basada en espines semiconductores. Esta interacción espín-espín mediada por la nube de Kondo es única, ya que tanto su fuerza como su signo dos espines favorecen el paralelo o el antiparaleloconfiguración son ajustables eléctricamente, mientras que los esquemas convencionales no pueden revertir el signo. Esto abre una nueva forma de diseñar spin scengrosamiento y enredo ". Heung-Sun Sim de KAIST, el teórico que propuso el método para detectar la nube de Kondo, también dijo:" La nube de espín observada es un objeto del tamaño de un micrómetro que tiene una naturaleza y entrelazamiento de onda mecánica cuántica.Esta es la razón por la cual la nube de rotación no se ha observado a pesar de una larga búsqueda.Es notable en un punto de vista fundamental y técnico que un objeto cuántico tan grande ahora se puede crear, controlar y detectar ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :