研究预测了超导体中近藤云的行为

诸平

Credit: Paşcu Moca.

据物理学家组织网（Phys.org）2021年11月23日报道，近年来，世界各地的许多物理学家都在研究混合纳米结构的行为。这些系统通常由两种或两种以上的材料组成。在这类结构中特别注意与超导和正常金属接触相互作用的磁性杂质。

过去的研究发现，当金属含有磁性杂质（magnetic impurities）时，传导电子可以形成屏蔽云，本质上屏蔽了杂质的自旋。这种物理现象（physical phenomenon）被称为近藤效应（Kondo effect）;因此，产生的云被称为近藤云（Kondo cloud）。

虽然近藤云在正常系统中的行为已经被很好地理解，但它在超导材料存在时的性质还尚未被深入地探索。到目前为止，大多数物理学家认为杂化纳米结构中杂质自旋的筛选主要发生在筛选的量子相中，而不是在未筛选的量子相中。然而，匈牙利布达佩斯科技经济大学（Budapest University of Technology and Economics in Hungary）和波兰亚当·米凯维奇大学（Adam Mickiewicz University in Poland）的研究人员最近发现，虽然近藤状态不是在未屏蔽相中形成的，但近藤云（Kondo clouds）同时存在于屏蔽和未屏蔽的量子相中。

进行这项研究的研究人员之一伊勒内乌斯·魏曼（Ireneusz Weymann）告诉Phys.org工作人员说：“当一个人考虑单个自旋S=1/2的杂质，比如一个量子点或一个分子，附着在金属接触点上，一个相关的近藤态在足够低的温度下在这样的系统中形成。在这种状态下，杂质的自旋被传导电子屏蔽，在杂质周围形成一个相关云(即所谓的近藤云)。”

虽然一些研究人员检查了近藤云的特性，但直到最近才有团队开始对这些系统进行实验探索。其中最著名的一项实验研究（notable experimental studies）是由中国香港城市大学(City University of Hong Kong)的Ivan V. Borzenets和他在世界各地其他研究所的同事进行的,详见Ivan V. Borzenets, Jeongmin Shim, Jason C. H. Chen, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck, Seigo Tarucha, H.-S. Sim, Michihisa Yamamoto. Observation of the Kondo screening cloud. Nature, 2020, 579: 210–213. DOI: 10.1038/s41586-020-2058-6. Published: 11 March 2020. http://dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2058-6.伊勒内乌斯·魏曼及其同事2021年10月27日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)的论文——Cătălin Paşcu Moca, Ireneusz Weymann, Miklós Antal Werner, Gergely Zaránd. Kondo Cloud in a Superconductor. Physical Review Letters, 2021, 127: 186804. Published 27 October 2021. DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.186804. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.186804, 是建立在之前的工作的基础上，阐明了超导体中的近藤云的行为。

伊勒内乌斯·魏曼解释道：“理解各种状态的空间扩展对于理解强电子相关性的基本方面是很重要的，这与各种相关材料有关。”

伊勒内乌斯·魏曼和他的同事最近的工作是纯理论性质的，因为他们采用了最先进的数值和解析重整群方法。这些技术使他们能够准确地预测超导材料内的近藤云的行为。

伊勒内乌斯·魏曼说:“当基态在近藤态和柴叶态（Shiba state）之间发生变化时，我们所考虑的系统表现出量子相变。到目前为止，人们一直认为，筛查发生在近藤阶段。然而，相当引人注目的是，我们已经证明了近藤云也存在于未屏蔽的阶段。”

这组研究人员进行的分析和计算的结果还表明，近藤云的性质是普遍的，并在所谓的量子临界点表现出特征跳跃。在未来，他们的工作可以指导一系列直接研究超导体中近藤云特性的实验。

“我们现在计划将我们的工作扩展到更复杂的系统，在那里可以实现更奇异的基态，”伊勒内乌斯·魏曼补充说。

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