Trong những năm gần đây, rất nhiều nhà vật lý trên toàn thế giới đã thực hiện các nghiên cứu về hành vi của các cấu trúc nano lai. Đây là những hệ thống thường được tạo thành từ hai hoặc nhiều vật liệu. Điều đặc biệt được chú ý đến trong lớp cấu trúc này là sự tương tác của các tạp chất có từ tính với các tiếp điểm kim loại thông thường và siêu dẫn.

Nguồn: Paşcu Moca.

Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng khi một kim loại có chứa các tạp chất từ ​​tính, các điện tử dẫn có thể tạo thành một đám mây bảo vệ, về cơ bản sẽ che chắn spin của tạp chất. Hiện tượng vật lý này được gọi là hiệu ứng Kondo; do đó, đám mây tạo ra này được gọi là đám mây Kondo.

Mặc dù hành vi của đám mây Kondo trong các hệ thống thông thường đã được hiểu rõ, nhưng các đặc tính của nó hiện diện ở vật liệu siêu dẫn vẫn chưa được khám phá sâu. Cho đến nay, hầu hết các nhà vật lý đều tin rằng việc sàng lọc các spin tạp chất trong các cấu trúc nano lai chủ yếu diễn ra trong pha đã sàng lọc, thay vì trong pha lượng tử không được sàng lọc. Tuy nhiên, gần đây các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghệ và Kinh tế Budapest ở Hungary và Đại học Adam Mickiewicz ở Ba Lan, đã chỉ ra rằng trong khi trạng thái Kondo không hình thành ở pha không được sàng lọc, các đám mây Kondo tồn tại ở cả hai pha lượng tử có sàng lọc và không được sàng lọc.

Trên tạp chí Phys.org, Ireneusz Weymann, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: “Khi xem xét một spin tạp chất đơn S = 1/2, chẳng hạn như chấm lượng tử hoặc một phân tử, được gắn tiếp xúc với kim loại, trạng thái Kondo tương quan hình thành trong các hệ thống này ở nhiệt độ đủ thấp. Trong trạng thái như vậy, spin của tạp chất sẽ được che chắn bởi các electron dẫn và một đám mây tương quan (đám mây Kondo) hình thành xung quanh tạp chất”.

Trong khi một số nhà nghiên cứu đã kiểm tra các đặc tính của các đám mây Kondo, chỉ gần đây mới có nhóm nghiên cứu thăm dò các hệ thống này bằng thực nghiệm. Một trong những nghiên cứu thực nghiệm đáng chú ý nhất được thực hiện bởi Ivan V. Borzenets, Trường Đại học Thành phố Hồng Kông và các đồng nghiệp của ông tại các viện khác nhau trên toàn thế giới. Nghiên cứu gần đây của Weymann và các đồng nghiệp của ông, xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, dựa trên công trình trước đó để làm sáng tỏ hành vi của các đám mây Kondo trong chất siêu dẫn.

Weymann giải thích: “Việc biết được sự mở rộng trong không gian của các trạng thái khác nhau là điều quan trọng để có thể biết được các khía cạnh cơ bản của tương quan electron mạnh mẽ, có liên quan đến các vật liệu tương quan khác nhau”.

Công trình nghiên cứu gần đây của Weymann và các đồng nghiệp của ông chỉ mang tính chất lý thuyết thuần túy, vì họ sử dụng các phương pháp nhóm tái chuẩn hóa phân tích và số hiện đại (state-of-the-art numerical and analytical renormalization group methods). Những kỹ thuật này cho phép họ dự đoán chính xác hành vi của đám mây Kondo bên trong vật liệu siêu dẫn.

Weymann cho biết: “Hệ thống mà chúng tôi xem xét biểu hiện sự chuyển pha lượng tử khi trạng thái cơ bản thay đổi ở giữa trạng thái Kondo và trạng thái Shiba. Cho đến nay, người ta tin rằng quá trình sàng lọc xảy ra trong pha Kondo. Tuy nhiên, khá ấn tượng, chúng tôi đã chứng minh rằng đám mây Kondo cũng tồn tại trong pha không được sàng lọc”.

Kết quả phân tích và tính toán do nhóm các nhà nghiên cứu này thực hiện cũng cho thấy các đặc tính của đám mây Kondo là phổ quát và biểu hiện một bước nhảy đặc trưng tại điểm tới hạn lượng tử. Trong tương lai, công trình nghiên cứu của họ có thể cung cấp một loạt các thí nghiệm trực tiếp điều tra các đặc tính của đám mây Kondo trong chất siêu dẫn.

“Hiện chúng tôi có kế hoạch mở rộng công việc của mình sang các hệ thống phức tạp hơn, khi đó chúng tôi có thể nắm bắt được các trạng thái cơ bản kỳ lạ hơn”,  Weymann cho biết thêm.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2021-11-behavior-kondo-cloud-superconductor.html, 24/11/2021