STAznanost
Naravoslovje in tehnika

Raziskovalci IJS v električnem izolatorju odkrili Kondov pojav

Ljubljana, 11. junija - Raziskovalci Instituta Jožef Stefan (IJS) so prvič eksperimentalno potrdili obstoj Kondovega pojava v električnem izolatorju, kjer prevodniških elektronov kot doslej ključnega pogoja zanj sploh ni. O odkritju pojava so pisali v prestižni znanstveni reviji Nature Physics, so danes sporočili z IJS.

Vsi znani primeri Kondovega senčenja temeljijo na prevodniških elektronih in so zato omejeni na električne prevodnike. Te dni pa je skupini slovenskih fizikov z IJS skupaj s sodelavci iz Švice in Kitajske ter pod vodstvom raziskovalca Andreja Zorka v električnem izolatorju uspelo prvič eksperimentalno potrditi obstoj Kondovega pojava, ki je bil prej znan le za električne prevodnike.

Raziskovalci so znameniti Kondov pojav odkrili v kvantni spinski tekočini, kjer magnetne vzbuditve, ki ne nosijo električnega naboja, prevzamejo vlogo prevodniških elektronov v kovini pri senčenju magnetnih nečistoč.

Kondov pojav je v nadaljnjih desetletjih postal eden najbolj proučevanih pojavov v fiziki trdne snovi. Omogoča namreč razumevanje in vpogled v nenavadne električne lastnosti široke palete trenutno zelo zanimivih materialov, od visokotemperaturnih superprevodnikov do kvantnih pik in topoloških izolatorjev.

Odkritje Kondovega pojava v kvantnih spinskih tekočinah je pomembno tako s teoretskega vidika kot tudi s tehnološkega vidika. To kvantno stanje namreč predstavlja eno izmed obetavnih platform za izjemno zmogljive kvantne računalnike, temeljni izziv pa trenutno predstavlja učinkovita manipulacija tega stanja.

V svojem delu slovenski fiziki predlagajo, da bi potreben nadzor nad stanjem kvantne spinske tekočine lahko dosegli z manipulacijo nečistoč, odkrit Kondov pojav pa bi pri tem služil kot vzvod med stanjem nečistoče in stanjem kvantne spinske tekočine.

Raziskovalci so že v tridesetih letih prejšnjega stoletja eksperimentalno ugotovili, da se obnašanje kovine izrazito spremeni, če kovina vsebuje magnetne nečistoče. Električna upornost namreč v tem primeru začne pri nizkih temperaturah naraščati s padajočo temperaturo. Pojav je ostal teoretično nepojasnjen vse do leta 1964, ko je Jun Kondo ugotovil, da gre za neintuitivno izražanje kvantne mehanike na makroskopski skali, do katerega pride, ko prevodniški elektroni v kovini začnejo kolektivno senčiti magnetne nečistoče.

Na možen obstoj takšnega paradoksa so v zadnjih desetletjih opozarjali številni teoretiki, ki so preučevali kvantne spinske tekočine. V njih namreč močna kvantna prepletenost vodi do zelo nenavadnih magnetnih vzbuditev, tudi takšnih, ki se vedejo zelo podobno kot prevodniški elektroni v kovinah, čeprav so brez električnega naboja.

Omenjena skupina slovenskih raziskovalcev z Odseka za fiziko trdne snovi in Odseka za teoretično fiziko IJS je pred tremi leti odkrila stanje kvantne spinske tekočine v magnetu z dvodimenzionalno spinsko mrežo kagome in s tem stopila v tekmo eksperimentalne potrditve Kondovega pojava v električnih izolatorjih.

Skrbno izbran eksperiment, izveden na pospeševalniku Instituta Paul Scherrer v Švici, v katerem so kot natančna lokalna tipala magnetizma v vzorec vsadili kratkožive delce mione, je omogočil potrditev obstoja Kondovega pojava v proučevanem električnem izolatorju.