Дослідники Caltech і Єльського університету змоделювали ефект Кондо в реальному матеріалі, підвищивши точність прогнозів у 100 разів

Дослідження ефекту Кондо

Як повідомляє НВ — Техно: Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) та Єльського університету змогли кількісно змоделювати ефект Кондо в реальному матеріалі, що дозволило підвищити точність прогнозування властивостей квантових матеріалів у 100 разів порівняно з наявними моделями. Цей підхід базується на методі ab initio, який застосовується для моделювання на основі перших принципів.

Ефект Кондо та його значення

Ефект Кондо пов'язаний з взаємодією електронів у металах, які містять магнітні домішки. У результаті цього ефекту опір металу починає зростати нижче певної температури, відомої як температура Кондо. Команда дослідників застосувала новий підхід до моделювання, що виявився у 100 разів точнішим за наявні спрощені моделі в деяких випадках. Метод, запозичений з обчислювальної хімії, дозволив створити детальну модель магнітного атома.

Результати моделювання були порівняні з лабораторними вимірюваннями ефекту Кондо, що підтвердило їх точність. Дослідження було опубліковане в журналі Science. Метод випробували на відносно простих матеріалах і комбінаціях магнітних атомів. Наступним кроком планується застосування цього методу до високотемпературних надпровідників і квантових магнітів, що може суттєво поліпшити прогнозування поведінки електронів у реальних матеріалах.

Гарнет Чан, один з дослідників, зазначив: "Характерна особливість цього ефекту полягає саме у взаємодії електронів поблизу домішки з електронами, що рухаються в основному об'ємі металу".

Ліньцін Пен, також учасник дослідження, підкреслив, що "сучасні обчислювальні методи поступово наближають науковців до можливості точно описувати квантові властивості реальних матеріалів з урахуванням усієї складності їхньої хімічної будови". Наступним завданням стане масштабування цього підходу та перевірка його ефективності для систем зі складнішою поведінкою електронів.

Дослідження, яке розгадало загадку, що десятиліттями ускладнювала вивчення металів, відкриває нові горизонти для розуміння квантових матеріалів та їх потенційного застосування у майбутньому.

Це досягнення має важливе значення для розвитку матеріалознавства і може суттєво вплинути на створення нових технологій, зокрема у сфері електроніки та енергетики. Застосування нових моделей дозволить науковцям з більшим ступенем точності прогнозувати поведінку матеріалів, що, у свою чергу, може прискорити інновації в розробці нових матеріалів з унікальними властивостями.

Цей успіх у моделюванні квантових матеріалів став важливим кроком у вивченні їхніх властивостей, подібно до того, як каліфорнійські вчені підтвердили гіпотезу про енергетичні сходи у квантовому переломі. Це відкриття також може сприяти кращому розумінню складних взаємодій у металах, що містять магнітні домішки, та їхньої ролі в нових технологіях.