Обнаружена новая квантовая граница: размер спина определяет поведение эффекта Кондо

Коллективное поведение — необычное явление в физике конденсированного состояния. Когда квантовые спины взаимодействуют как система, они порождают уникальные эффекты. Понимание этих взаимодействий является центральной задачей современной физики.

Эффект Кондо — взаимодействие между локализованными спинами и электронами проводимости — играет ключевую роль во многих квантовых явлениях. Однако в реальных материалах наличие дополнительных зарядов и орбитальных степеней свободы затрудняет выделение чистого квантового механизма.

Исследовательская группа под руководством доцента Хиронори Ямагути из Осакского столичного университета успешно реализовала новый тип «ожерелья Кондо», используя точно спроектированный гибридный органическо-неорганический материал. Работа опубликована в журнале Communications Materials.

Ранее команда реализовала систему со спином 1/2. Новое исследование показало, что поведение эффекта Кондо качественно меняется, когда размер локализованного спина увеличивается с 1/2 до 1. Термодинамические измерения выявили четкий фазовый переход в магнитное упорядоченное состояние.

Квантовый анализ показал, что связь Кондо опосредует эффективное магнитное взаимодействие между моментами спина-1, стабилизируя дальний магнитный порядок. Этот результат опровергает традиционный взгляд, согласно которому эффект Кондо в первую очередь подавляет магнетизм.

Исследователи выявили новую квантовую границу: для моментов спина 1/2 эффект Кондо неизбежно формирует локальные синглеты (немагнитное состояние), а для спина 1 и выше — стабилизирует магнитный порядок. Это первое прямое экспериментальное доказательство фундаментальной зависимости функции эффекта Кондо от размера спина.

«Открытие квантового принципа, зависящего от размера спина в эффекте Кондо, открывает совершенно новую область исследований в квантовых материалах», — заявил Ямагути.

Способность переключать квантовые состояния между немагнитным и магнитным режимами, контролируя размер спина, представляет собой мощную стратегию проектирования материалов для квантовых технологий следующего поколения, включая квантовые вычисления и устройства обработки информации.