Ученые Осакского Городского университета разработали математические формулы для описания тока и флуктуаций сильно коррелированных электронов в квантовых точках. Их теоретические предсказания вскоре можно было проверить экспериментально.

Физики-теоретики Есимичи Тератани и Акира Огури из Осакского Городского университета и Руи Сакано из Токийского университета разработали математические формулы, описывающие физическое явление, происходящее в квантовых точках и других наноразмерных материалах. Формулы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, могут быть использованы для дальнейших теоретических исследований физики квантовых точек, сверххолодных атомных газов и кварков.

Речь идет об эффекте Кондо. Этот эффект был впервые описан в 1964 году японским физиком-теоретиком Дзюном Кондо в некоторых магнитных материалах, но теперь, по-видимому, происходит во многих других системах, включая квантовые точки и другие наноразмерные материалы.

Обычно электрическое сопротивление металлов падает с понижением температуры. Но в металлах, содержащих магнитные примеси, это происходит только до критической температуры, за пределами которой сопротивление возрастает с понижением температуры.

В конце концов ученым удалось показать, что при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, спины электронов запутываются в магнитных примесях, образуя облако, экранирующее их магнетизм. Форма облака меняется с дальнейшим понижением температуры, что приводит к повышению сопротивления. Этот же эффект возникает, когда к металлу прикладываются другие внешние "возмущения", такие как напряжение или магнитное поле.

Тератани, Сакано и Огури хотели разработать математические формулы для описания эволюции этого облака в квантовых точках и других наноразмерных материалах, что является непростой задачей.

Чтобы описать такую сложную квантовую систему, они начали с системы в абсолютном нуле, где хорошо зарекомендовавшая себя теоретическая модель, а именно теория Ферми-жидкости, для взаимодействующих электронов применима. Затем они добавили "поправку", которая описывает другой аспект системы против внешних возмущений. Используя эту технику, они написали формулы, описывающие электрический ток и его колебания через квантовые точки.

Их формулы показывают, что электроны взаимодействуют в этих системах двумя различными способами, которые способствуют эффекту Кондо. Во-первых, два электрона сталкиваются друг с другом, образуя четко определенные квазичастицы, которые распространяются в облаке Кондо. Что еще более важно, происходит взаимодействие, называемое вкладом трех тел. Это происходит, когда два электрона объединяются в присутствии третьего электрона, вызывая энергетический сдвиг квазичастиц.

"Предсказания этих формул вскоре могут быть исследованы экспериментально", - говорит Огури. "Исследования в этом направлении только начались", - добавляет он.

Формулы могут быть также расширены для понимания других квантовых явлений, таких как движение квантовых частиц через квантовые точки, связанные со сверхпроводниками. Квантовые точки могут стать ключом к реализации квантовых информационных технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая связь.

ИСТОЧНИК