
香港城市大學科學家在全球首次實驗觀測到“近藤云”量子現(xiàn)象(
Credit: Jeongmin Shim)
(神秘的近藤云地球uux.cn報道)據(jù)EurekAlert!:數(shù)十年來,物理學家一直試圖觀察稱為「近藤云」(Kondo cloud)的香港象量子現(xiàn)象。 一支包括香港城市大學(香港城大)科學家在內的城市次實測
上海外圍(外圍美女)外圍女(電話微信181-8279-1445)一二線城市可以提供高端外圍預約,快速安排30分鐘到達國際研究團隊最近開發(fā)了一種新器件,成功測量近藤云的大學長度,甚至可以控制近藤云。科學 其研究成果可以被視為凝聚態(tài)物理學范疇的家全一個里程碑,并且有望為進一步了解多重摻雜系統(tǒng)如高溫超導體,球首帶來新啟示。驗觀
香港城大物理學系助理教授Ivan V. Borzenets博士與德國、量現(xiàn)日本和韓國的近藤云科學家連手,取得上述突破。香港象 相關研究結果在最新一期的城市次實測
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什么是大學近藤云?
近藤效應(Kondo effect)是1930年代由科學家發(fā)現(xiàn)的一種物理現(xiàn)象。 金屬的科學電阻會隨溫度變化,一般隨著溫度下降,家全電阻亦會下降。 不過,如果金屬摻有一些磁性雜質,結果則會相反。 電阻先會下降,然后當溫度低于某個臨界值,電阻反而會隨著溫度的進一步降低而增加。
日本理論物理學家近藤淳(Jun Kondo)于五十多年前解開了這個謎團,因此該效應以他的名字命名。 他解釋,置于金屬內的磁性原子(雜質原子)具備一種物理特性,稱為自旋(spin)。 但是它不僅會與另一電子耦合(couple)成為一組具有“向上”和“向下”的自旋對,還會與附近一定范圍內的所有電子耦合,從而在雜質的周圍形成一團電子云。 這團電子云就是近藤云。 因此,當在近藤云上施加電壓時,電子要么無法自由移動,要么被近藤云所屏蔽,從而導致電阻增加。
近藤云到底有多大?
近藤效應的部分基本特性已由實驗闡明,并發(fā)現(xiàn)與近藤溫度(Kondo temperature,意即電阻在低溫下開始升高的臨界溫度)相關。 但是,科學家仍未真正量度到近藤云的長度。 理論上,近藤云可以由半導體中的雜質延展到幾微米的范圍。
「探測近藤云的困難,在于需要以高達萬兆赫的高速,去量度近藤效應中的自旋關聯(lián)性,而你無法凝住時間來觀察和測量單個電子。 」在這次研究中負責實驗測量部分的Borzenets博士解釋。 素來喜歡進行復雜實驗的他,毅然決定接受這項挑戰(zhàn)。
以特制器件分離單一近藤云
有賴納米技術的進步,研究團隊制作出一個器件,可以將單個電子自旋(磁性雜質)局限在直徑僅幾百納米、猶如導電微區(qū)(conducting island)一樣的「量子點」(quantum dot)里。 Borzenets博士說:「由于量子點非常細小,因此你可以確實地知道雜質在哪里。 」
而接連著量子點的,是一條一維長信道。 由于在量子點里的單個電子只能與信道內的電子產(chǎn)生耦合,因而形成近藤云。 他解釋說:「這樣我們便成功在雜質附近分離出單一近藤云,也可以控制云的大小。 」
這套系統(tǒng)的新穎之處是,研究人員可以在信道內,從量子點不同距離的位置上施加電壓,在信道上形成弱的勢壘或屏障(weak barriers)。 然后研究人員觀察衍生的電子流動變化,以及隨著電壓強度和施加位置的變化而產(chǎn)生的近藤效應。
秘密藏于起伏幅度
研究人員發(fā)現(xiàn),通過改變電壓,無論勢壘處于哪個位置,電導率都會上升或下降。 而當電導出現(xiàn)起伏時,量度得的近藤溫度也出現(xiàn)起伏。
研究人員繼而把紀錄所得的近藤溫度起伏幅度,相對于屏障與雜質距離除以近藤云理論長度值所得的比值數(shù)據(jù),繪制成圖。 他們發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)點都符合理論的推算,落在同一條曲線上。 Borzenets博士說:「我們通過實驗證實了按原先理論所推算的近藤云長度數(shù)值:長度是以微米計。 」
「我們首次通過直接量度近藤云的長度,而證明它的存在,我們并找出了近藤云長度與近藤溫度之間的比例因子(proportionality factor)。 」他總結道。
對多重摻雜系統(tǒng)的啟示
研究團隊花了將近三年時間完成這項研究,計劃下一步研究控制近藤效應狀態(tài)的不同方法。 Borzenets博士說:「我們可利用這新器件進行許多其他的操控,例如可以同時使用兩個雜質,看看當近藤云重迭時會有什么反應。 我們希望這些發(fā)現(xiàn)能為理解多重摻雜系統(tǒng),例如近藤晶格、自旋玻璃和高溫超導體帶來啟示。 」
Borzenets博士、來自韓國科學技術院(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)的Sim Heung-Sun教授和日本理化學研究所創(chuàng)發(fā)物性科學研究中心(RIKEN Center for Emergent Matter Science, CEMS)的山本倫久博士是論文的共同通訊作者。 Borzenets博士同時是第一作者,另一位共同第一作者是來自KAIST的Shim Jeongmin博士。 其他共同作者包括東京大學的Jason Chen C. H.,波鴻魯爾大學(Rurh-University Bochum)的Andreas D. Wieck教授和Arne Ludwig博士,以及RIKEN CEMS的樽茶清悟教授。
這項研究獲得香港城大、香港研究資助局、日本科學研究費助成事業(yè)(科研費) 、日本科學技術振興機構以及韓國國家研究基金會的資助。