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Un equipo de estudio de la Universidad de Colonia midió por primera vez directamente el efecto Kondo, que determina el comportamiento de los átomos magnéticos rodeados por un mar de electrones.
![Átomo de cerca. Vector 3D realista con efecto de profundidad de campo reducida. fondo azul aislado](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40524_17002144684714095.jpg)
Fuente de la imagen: Urfin/shutterstock.com
El efecto Kondo se refiere a la reagrupación de electrones en un metal provocada por impurezas magnéticas en un solo átomo artificial. Aún no se ha observado con éxito porque la mayoría de las técnicas de medición no permiten la observación directa de los orbitales atómicos magnéticos.
Para resolver este problema, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Dr. Wouter Jolie, del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Colonia, desarrolló un método novedoso para observar el efecto Kondo en un orbital artificial en un cable unidimensional que flota sobre una capa de grafeno metálico. En el física natural Artículo “Protección Kondo modulada a lo largo de los límites gemelos del espejo magnético en MoS de una sola capa2«, describieron sus resultados.
El espín de un átomo magnético o el polo magnético de las partículas elementales influye en los electrones que se mueven a través de un metal. El mar de electrones se agrupa alrededor del átomo e intenta bloquear la influencia del espín del átomo, creando un nuevo estado de muchos cuerpos conocido como resonancia de Kondo.
El término “efecto Kondo” se refiere a este comportamiento colectivo y se utiliza a menudo para explicar la interacción de los metales con los átomos magnéticos. Sin embargo, formas alternativas de contacto pueden conducir a signos experimentales sorprendentemente similares, lo que pone en duda la importancia del efecto Kondo para los átomos magnéticos individuales en las superficies.
Utilizando un nuevo enfoque experimental, los físicos demostraron que sus cables unidimensionales también responden al efecto Kondo: los electrones atrapados en los cables producen ondas estacionarias que pueden imaginarse como orbitales atómicos extendidos.
El microscopio de efecto túnel puede visualizar este orbital fabricado, su acoplamiento con el mar de electrones y las transiciones resonantes entre el orbital y el mar. Este experimento utilizó una fina aguja de metal para medir electrones con precisión atómica. Esto permitió a los científicos medir el efecto Kondo con una precisión sin precedentes.
Los átomos magnéticos en las superficies son como la historia de la persona que nunca ha visto un elefante y trata de imaginar su forma tocándolo una vez en una habitación oscura. Si sólo tocas el tronco, te imaginas un animal completamente diferente que si tocas el costado. Durante mucho tiempo sólo se medía la resonancia de Kondo. Sin embargo, también podría haber otras explicaciones para las señales observadas en estas mediciones, así como la trompa del elefante también podría ser una serpiente..
Camiel van Efferen, estudiante de doctorado, Universidad de Colonia
Grafeno y disulfuro de molibdeno monocapa (MoS2) son ejemplos de materiales 2D, que son sólidos cristalinos que constan de sólo unas pocas capas de átomos. El grupo de investigación del Instituto de Física Experimental se centra en el desarrollo e investigación de estos materiales.
El equipo descubrió que un cable metálico hecho de átomos se formó en la interfaz entre dos MoS2 Cristales, uno de los cuales es la imagen especular del otro. Pudieron medir simultáneamente tanto los estados magnéticos como la resonancia Kondo a la sorprendentemente baja temperatura del efecto Kondo de -272,75 grados Celsius (0,4 Kelvin) utilizando su microscopio de efecto túnel.
Si bien nuestra medición no dejó dudas de que estábamos observando el efecto Kondo, aún no sabíamos qué tan bien se compara nuestro enfoque poco convencional con las predicciones teóricas.
Dr. Wouter Jolie, Profesor, Instituto de Física Experimental, Universidad de Colonia
El equipo buscó el apoyo de dos expertos reconocidos internacionalmente en el campo de la física de Kondo, el profesor Dr. Achim Rosch de la Universidad de Colonia y el Dr. Theo Costi del Centro de Investigación Jülich.
La investigación encontró que la resonancia de Kondo se podía predecir con precisión a partir de la forma de los orbitales artificiales en los cables magnéticos después de que los datos experimentales fueran procesados en el superordenador Jülich. Esto confirmó una predicción hecha décadas antes por Philip W. Anderson, uno de los pioneros de la física de la materia condensada.
Ahora los investigadores quieren utilizar sus cables magnéticos para investigar eventos aún más inusuales.
van Efferen concluyó: “Si colocamos nuestros cables 1D sobre un superconductor o un líquido de espín cuántico, podríamos crear estados de muchos cuerpos que surjan de cuasipartículas distintas de los electrones. Los fascinantes estados de la materia que surgen de estas interacciones ahora pueden verse y comprenderse claramente en un nivel completamente nuevo.«
Referencia de la revista:
van Efferen, C., et al. (2023) Detección de Kondo modulada a lo largo de límites gemelos de espejos magnéticos en monocapa MoS2. física natural. doi:10.1038/s41567-023-02250-w.
Fuente: https://www.portal.uni-koeln.de/de/uoc-home
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