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(noticias nanowerk) Un equipo de físicos de la Universidad de Colonia ha resuelto un viejo problema de la física del estado sólido: han observado directamente el efecto Kondo (la reagrupación de electrones en un metal causada por impurezas magnéticas), que es visible en un solo átomo artificial. Esto no ha sido posible en el pasado porque los orbitales magnéticos de los átomos normalmente no pueden observarse directamente utilizando la mayoría de las técnicas de medición.
El equipo de investigación internacional dirigido por el Dr. Sin embargo, Wouter Jolie, del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Colonia, utilizó una nueva técnica para observar el efecto Kondo en un orbital artificial en un cable unidimensional que flota sobre una capa de grafeno metálico.
Informan sobre su descubrimiento física natural (“Detección Kondo modulada a lo largo de límites gemelos de espejo magnético en monocapa MoS2«).
Las tesis centrales
Investigación
Cuando los electrones que se mueven a través de un metal encuentran un átomo magnético, se ven afectados por el espín del átomo, el polo magnético de las partículas elementales. En un intento de proteger el efecto del espín atómico, el mar de electrones se agrupa cerca del átomo y forma un nuevo estado de muchos cuerpos llamado resonancia de Kondo. Este comportamiento colectivo se conoce como efecto Kondo y se utiliza a menudo para describir la interacción de los metales con los átomos magnéticos. Sin embargo, otros tipos de interacciones pueden conducir a firmas experimentales muy similares, lo que pone en duda el papel del efecto Kondo para átomos magnéticos individuales en superficies.
Mediante un nuevo enfoque experimental, los físicos demostraron que sus cables unidimensionales también están sujetos al efecto Kondo: los electrones atrapados en los cables forman ondas estacionarias que pueden imaginarse como orbitales atómicos extendidos. Con el microscopio de efecto túnel se pueden visualizar este orbital artificial, su acoplamiento con el mar de electrones y las transiciones resonantes entre el orbital y el mar. Esta técnica experimental utiliza una aguja de metal afilada para medir electrones con resolución atómica. Esto permitió al equipo 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 tocas simplemente el tronco, imaginas un animal completamente diferente que si tocas el costado”, dice Camiel van Efferen, el estudiante de doctorado que llevó a cabo los experimentos. “Durante mucho tiempo sólo se medía la resonancia de Kondo. Pero también podría haber otras explicaciones para las señales observadas en estas mediciones, del mismo modo que la trompa del elefante también podría ser una serpiente”.
El grupo de investigación del Instituto de Física Experimental se especializa en el cultivo y la investigación de materiales 2D (sólidos cristalinos formados por unas pocas capas de átomos) como el grafeno y el disulfuro de molibdeno (MoS) monocapa.2). Encontraron esto en la interfaz de dos MoS2 Los cristales, uno de los cuales es la imagen especular del otro, forman un alambre metálico de átomos. Utilizando su microscopio de efecto túnel, pudieron medir simultáneamente los estados magnéticos y la resonancia Kondo, a una temperatura sorprendentemente baja de -272,75 grados C (0,4 Kelvin), a la que se produce el efecto Kondo.
«Aunque nuestra medición no dejó dudas de que observamos el efecto Kondo, aún no sabíamos qué tan bien se compara nuestro enfoque poco convencional con las predicciones teóricas», añadió Jolie.
Para ello, el equipo contó con la ayuda de dos físicos teóricos: el profesor Dr. Achim Rosch de la Universidad de Colonia y el Dr. Theo Costi del Centro de Investigación Jülich, ambos expertos de renombre mundial en el campo de la física de Kondo. Después de evaluar los datos experimentales en el superordenador de Jülich, resultó que la resonancia de Kondo podía predecirse con precisión basándose en la forma de los orbitales artificiales en los cables magnéticos, lo que confirma una predicción de hace décadas de uno de los padres fundadores de la física de la materia condensada. , Philip W. Anderson .
Ahora los científicos planean utilizar sus cables magnéticos para investigar fenómenos aún más exóticos. «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», explicó Camiel van Efferen. «Los fascinantes estados de la materia que surgen de estas interacciones ahora pueden verse y comprenderse claramente en un nivel completamente nuevo».
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