Дәл жиналған гибридті материал физиктерге алғаш рет Кондо эффектісінің шекарасын спин 1/2 деңгейінде бақылауға мүмкіндік берді. Осы шекараға дейін бұл эффект материалдың магниттік қасиеттерін басады, ал одан кейін, керісінше, оларды күшейтеді.

Кондо эффектісі дегеніміз не

Қатты денеде спиндер — элементар бөлшектердің меншікті импульс моменттері — өзара әрекеттескенде, жеке бөлшектерде кездеспейтін құбылыстар пайда болады. Солардың бірі — Кондо эффектісі: спиндер мен электрондар арасындағы кванттық өзара әрекеттесу материалдың магниттік және электрондық қасиеттерін Кондо температурасы деп аталатын белгілі бір температурадан төмен кезде өзгертеді.

Мұндай материалдарда электрондар тек спинге ғана емес, сонымен қатар орбитальдар бойынша қозғалу қабілетіне ие. Зат ішіндегі көптеген өзара әрекеттесулердің салдарынан ғалымдарға Кондо эффектісіне жауап беретін спиндік әсерлердің ықпалын бөліп көрсету қиын. 1977 жылы Себастьян Дониах «Кондо алқасы» моделін ұсынды, ол бұл эффектіні қарапайым түрде сипаттайды. Алайда, бұл модельді тәжірибеде жүзеге асыру тек жақында ғана мүмкін болды.

Жапон ғалымдарының жетістігі

Осака қаласындағы Жоғары жаратылыстану мектебінің (Жапония) физиктер тобы жаңа типтегі «Кондо алқасы» материалы жасады. Зерттеу барысында анықталғандай, локалданған спин 1/2-ден 1-ге артқанда, Кондо эффектісі кері бағытта жұмыс істей бастайды: материалдағы магниттік реттелу мен магнитизм күшейеді. Бұл жұмыстың нәтижелері Communications Materials журналында жарияланды.

Бұл қорытынды Кондо эффектісі магнитизмді басады, яғни бос спиндерді толық спині нөлге тең синглеттерге біріктіреді деген дәстүрлі түсінікті жоққа шығарады. Спин 1/2 кезінде спиндер жұптасып, бірін-бірі «сөндіреді», сондықтан материалдың магнитизмі күшеймейді.

Спиндік өзара әрекеттесулердің жаңа түсіндірмесі

Белгілі болғандай, егер спин 1/2-ден үлкен болса, толық компенсация мүмкін емес: қалған спиндер өзара әрекеттесіп, магниттік тәртіп түзе алады. Термодинамикалық өлшеулер спин 1/2-ден 1-ге өткенде магниттік реттелген күйге күрт фазалық ауысу болатынын көрсетті. Бұл Кондо байланысы спин 1-ге ие моменттер арасындағы тиімді магниттік өзара әрекеттесуді қамтамасыз етіп, материалда алыс магниттік тәртіпті тұрақтандыратынымен түсіндіріледі.

Ғалымдардың пікірінше, бұл жаңалық Кондо эффектісінің функциясы спин шамасына түбегейлі тәуелді екенін алғаш рет тікелей тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Эксперимент үшін зат RaX-D молекулалық дизайн жүйесі арқылы теориялық тұрғыда жобаланып, органикалық радикалдар мен никель иондарынан жасалды.

Кванттық технологиялар үшін болашағы

«Кондо эффектісіндегі спин шамасына тәуелді кванттық принциптің ашылуы кванттық материалдарды зерттеудің жаңа бағытын ашады. Спин шамасын басқара отырып, кванттық күйлерді магнитсіз және магниттік режимдер арасында ауыстыру мүмкіндігі келесі буын материалдарын жобалаудың қуатты стратегиясы», — деп атап өтті профессор Хиронори Ямагучи.

Кондо торының магнитті немесе магнитсіз болуын бақылау болашақ кванттық технологиялар үшін аса маңызды. Бұл кванттық шатасуды, магниттік шуды және кванттық-критикалық құбылыстарды басқаруға мүмкіндік береді, бұл кванттық компьютерлер мен сенсорлардың тұрақты жұмыс істеуі үшін шешуші мәнге ие.