Ученые из Caltech и Йеля значительно улучшили моделирование эффекта Кондо в реальных материалах

Прорыв в изучении эффекта Кондо

Как сообщает НВ — Техно: Группа исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) и Йельского университета разработала количественную модель эффекта Кондо, применимую к реальным материалам, что позволило повысить точность прогнозов квантовых свойств в 100 раз по сравнению с ранее существующими методами. В основе подхода лежит метод ab initio - моделирование, основанное на первых принципах.

Суть эффекта Кондо и его роль в физике материалов

Эффект Кондо возникает из-за взаимодействия между электронами металла и магнитными примесями. При понижении температуры до определённого уровня, известного как температура Кондо, сопротивление металла начинает резко расти. Ученые применили новый вычислительный метод, заимствованный из области вычислительной химии, который позволил создать детальную модель поведения магнитного атома. В ряде случаев новая модель оказалась в 100 раз точнее традиционных упрощенных подходов.

Результаты вычислений подтвердили экспериментальные измерения эффекта Кондо, что было опубликовано в журнале Science. Исследование проводилось на сравнительно простых материалах с магнитными атомами, и дальнейшая работа направлена на применение этой методики к сложным системам, таким как высокотемпературные сверхпроводники и квантовые магниты. Это может значительно улучшить понимание электронной структуры и поведения в сложных материалах.

Гарнет Чан, один из участников проекта, отметил: "Главное в эффекте Кондо - это взаимодействие электронов, находящихся рядом с примесью, с электронами, движущимися в основном объёме металла".

Линьцин Пен, также входящий в команду, подчеркнул: "Современные вычислительные технологии постепенно приближают ученых к возможности точно описывать квантовые свойства реальных материалов с учетом всей сложности их химического строения". В дальнейшем планируется масштабировать метод и проверить его эффективность для систем с более сложным электронным взаимодействием.

Это исследование проливает свет на многолетнюю загадку в физике металлов и открывает новые перспективы для разработки квантовых материалов и их применения в будущем.

Данный прорыв имеет большое значение для науки о материалах и может оказать существенное влияние на создание новых технологий в электронике и энергетике. Использование улучшенных моделей позволит ускорить разработку инновационных материалов с уникальными характеристиками, что особенно актуально для российской научной и промышленной среды.

Разработка новых моделей, таких как представленный исследователями из Caltech и Йеля, открывает перспективы для дальнейших исследований в области квантовой физики. Это особенно актуально на фоне недавних успехов, когда калифорнийские ученые подтвердили важные гипотезы о квантовых энергетических уровнях, что подчеркивает значимость современных вычислительных методов для понимания сложных материалов.