La mayoría de las personas no son conscientes de las fuerzas magnéticas en su vida cotidiana, pero dependen continuamente de ellas en motores eléctricos, discos duros y sensores eléctricos. En la carrera por desarrollar componentes electrónicos más pequeños, es necesario comprender los mecanismos cuánticos de estos componentes. En su nuevo artículo, el Dr. Yunori Nishikawa de la Escuela de Posgrado en Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y Masashi Tokuda de la Universidad de Osaka modelaron matemáticamente el efecto Kondo de dispersión de electrones en sustancias ferrimagnéticas.

En los modelos más simples de conductividad, los electrones fluyen libremente a través del metal, pero las cosas son más complicadas a escala cuántica:las impurezas magnéticas pueden dispersar algunos electrones, un fenómeno conocido como efecto Kondo. "El efecto Kondo es uno de los conceptos clave para comprender los sistemas de electrones fuertemente correlacionados, como el magnetismo en materiales de tierras raras y superconductores de alta temperatura", explicó el Dr. Nishikawa. La conductividad eléctrica cambia en función de las propiedades magnéticas, que cambian en relación con la temperatura, lo que hace que la relación entre los tres factores sea muy compleja. Los recientes avances en nanotecnología han hecho posible fabricar sistemas magnéticos artificiales utilizando puntos cuánticos, lo que permite explorar el efecto Kondo y las interacciones magnéticas.

El descubrimiento del ferrimagnetismo en 1948 otorgó a Louis Néel el Premio Nobel de Física de 1970. Si imaginas los momentos magnéticos en un objeto como pequeñas flechas direccionales de fuerza magnética, en los imanes de hierro puro todas las flechas apuntan en la misma dirección. En los ferrimagnetos, por otro lado, los momentos magnéticos apuntan en direcciones opuestas, pero de forma desequilibrada. No se había investigado el efecto Kondo sobre el ferrimagnetismo.

Persuadir a estos efectos elusivos requiere que los físicos sean creativos con su configuración teórica, porque tratar de modelarlos requiere una gran cantidad de poder computacional. Los investigadores utilizaron una nueva red en forma de T de cuatro puntos cuánticos conectados a dos depósitos de electrones para inducir una corriente. Si bien antes se habían utilizado pares de puntos cuánticos, o cuartetos, para modelar fenómenos cuánticos, la disposición en forma de T era nueva y permitió que surgiera el ferrimagnetismo.

Esto permitió a los investigadores modelar el ferrimagnetismo en la matriz de puntos cuánticos en forma de T en relación con los cambios de temperatura, alineando el efecto Kondo con el ferrimagnetismo. "Debido a la configuración geométrica simétrica del sistema, esperábamos pasar del estado ferrimagnético mínimo al estado Kondo sin pasar por otros estados entrelazados cuánticos, amplificando la conductividad eléctrica como de costumbre", dijo Tokuda. "Sin embargo, nos sorprendió mucho descubrir que fue suprimido, contrariamente a mi expectativa inicial". Al predecir la interacción del efecto Kondo y el ferrimagnetismo mínimo, esta investigación presenta una hipótesis contraria a la intuición para las pruebas experimentales.

El artículo fue publicado en Physical Review B . + Explora más

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