La plupart des gens ne sont pas conscients des forces magnétiques dans leur vie quotidienne, mais en dépendent continuellement dans les moteurs électriques, les disques durs et les capteurs électriques. Dans la course au développement de composants électroniques plus petits, les mécanismes quantiques de ces composants doivent être compris. Dans leur nouvel article, le Dr Yunori Nishikawa de la Graduate School of Science de l'Université métropolitaine d'Osaka et Masashi Tokuda de l'Université d'Osaka ont modélisé mathématiquement l'effet Kondo de diffusion d'électrons dans les substances ferrimagnétiques.

Dans les modèles de conductivité les plus simples, les électrons circulent librement à travers le métal, mais les choses sont plus compliquées à l'échelle quantique :les impuretés magnétiques peuvent disperser certains électrons, un phénomène connu sous le nom d'effet Kondo. "L'effet Kondo est l'un des concepts clés pour comprendre les systèmes d'électrons fortement corrélés, tels que le magnétisme dans les terres rares et les supraconducteurs à haute température", a expliqué le Dr Nishikawa. La conductivité électrique change en fonction des propriétés magnétiques, qui changent en fonction de la température, ce qui rend la relation entre les trois facteurs très complexe. Les progrès récents de la nanotechnologie ont permis de fabriquer des systèmes magnétiques artificiels utilisant des points quantiques, permettant d'explorer l'effet Kondo et les interactions magnétiques.

La découverte du ferrimagnétisme en 1948 a valu à Louis Néel le prix Nobel de physique 1970. Si vous imaginez les moments magnétiques dans un objet comme de petites flèches directionnelles de force magnétique, dans les aimants en fer pur, toutes les flèches pointent dans la même direction. Dans les ferrimagnétiques, en revanche, les moments magnétiques pointent dans des directions opposées, mais de manière déséquilibrée. L'effet Kondo sur le ferrimagnétisme n'a pas été étudié.

Pour extraire ces effets insaisissables, les physiciens doivent faire preuve de créativité dans leur configuration théorique, car essayer de les modéliser nécessite une grande puissance de calcul. Les chercheurs ont utilisé un nouveau réseau en forme de T de quatre points quantiques connectés à deux réservoirs d'électrons pour induire un courant. Alors que des paires de points quantiques, ou quatuors, ont déjà été utilisées pour modéliser des phénomènes quantiques, la disposition en forme de T était nouvelle et a permis l'émergence du ferrimagnétisme.

Cela a permis aux chercheurs de modéliser le ferrimagnétisme sur le réseau de points quantiques en forme de T en relation avec les changements de température, alignant ainsi l'effet Kondo sur le ferrimagnétisme. "En raison de la configuration géométrique symétrique du système, nous nous attendions à passer de l'état ferrimagnétique minimal à l'état de Kondo sans passer par d'autres états intriqués quantiques, amplifiant la conductivité électrique comme d'habitude", a déclaré Tokuda. "Cependant, nous avons été très surpris de constater qu'il a été supprimé, contrairement à mes attentes initiales." En prédisant l'interaction de l'effet Kondo et du ferrimagnétisme minimal, cette recherche présente une hypothèse contre-intuitive pour les tests expérimentaux.

L'article a été publié dans Physical Review B . + Explorer plus loin

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