Ученые городского университета Осаки разработали математические формулы для описания тока и флуктуаций сильно коррелированных электронов в квантовых точках. Их теоретические предсказания вскоре можно будет проверить экспериментально, - пишет eurekalert.org.
Физики-теоретики Йошимичи Тератани и Акира Огури из городского университета Осаки и Руи Сакано из Токийского университета разработали математические формулы, которые описывают физическое явление, происходящее в квантовых точках и других наноразмерных материалах. Формулы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, могут быть применены для дальнейших теоретических исследований физики квантовых точек, ультрахолодных атомных газов и кварков.
Речь идет об «эффекте Кондо». Этот эффект был впервые описан в 1964 году японским физиком-теоретиком Джун Кондо в некоторых магнитных материалах, но теперь, видимо, происходит во многих других системах, включая квантовые точки и другие наноразмерные материалы.
Обычно электрическое сопротивление металлов падает с понижением температуры. Но в металлах, содержащих магнитные примеси, это происходит только до критической температуры, выше которой сопротивление возрастает при понижении температуры.
Ученые в конечном итоге смогли показать, что при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, спины электронов запутываются с магнитными примесями, образуя облако, которое экранирует их магнетизм. Форма облака изменяется при дальнейшем понижении температуры, что приводит к увеличению сопротивления. Тот же самый эффект происходит, когда к металлу прикладываются другие внешние «возмущения», такие как напряжение или магнитное поле.
Тератани, Сакано и Огури хотели разработать математические формулы для описания эволюции этого облака в квантовых точках и других наноразмерных материалах, что является непростой задачей.
Чтобы описать такую сложную квантовую систему, они начали с системы при абсолютном нуле, где применима хорошо обоснованная теоретическая модель, а именно теория ферми-жидкости, для взаимодействующих электронов. Затем они добавили «поправку», которая описывает другой аспект системы против внешних возмущений. Используя эту технику, они написали формулы, описывающие электрический ток и его колебания через квантовые точки.
Их формулы показывают, что электроны взаимодействуют внутри этих систем двумя различными способами, которые вносят вклад в эффект Кондо. Сначала два электрона сталкиваются друг с другом, образуя четко определенные квазичастицы, которые распространяются внутри облака Кондо. Что еще более важно, происходит взаимодействие, называемое вкладом трех тел. Это когда два электрона объединяются в присутствии третьего электрона, вызывая сдвиг энергии квазичастиц.
«Предсказания формул вскоре можно будет исследовать экспериментально, - говорит Огури. - Исследования в этом направлении только начались», - добавляет он.
Формулы также могут быть расширены для понимания других квантовых
явлений, таких как движение квантовых частиц через квантовые
точки, подключенные к сверхпроводникам. Квантовые точки могут
быть ключом к реализации квантовых информационных технологий,
таких как квантовые компьютеры и квантовая связь.
[Фото: eurekalert.org]
