纳米材料理论描述了量子点中强相关的电子

大阪市立大学的科学家们开发了数学公式来描述量子点中强相关电子的电流和波动。他们的理论预测很快就会得到实验验证。大阪城市大学的理论物理学家 Yoshimichi Teratani 和 Akira Oguri 以及东京大学的 Rui Sakano 开发了数学公式，描述了量子点和其他纳米材料中发生的物理现象。这些公式发表在《物理评论快报》上，可用于进一步的关于量子点、超冷原子气体和夸克物理学的理论研究。

问题在于近藤效应。这种效应于 1964 年由理论物理学家 Jun Kondo 在一些磁性材料中首次描述，但现在似乎发生在许多其他系统中，包括量子点和其他纳米级材料。

通常，金属的电阻会随着温度的下降而下降。但在含有磁性杂质的金属中，这只会发生在临界温度下，超过临界温度时电阻会随着温度的下降而升高。

科学家们最终能够证明，在接近绝对零的极低温度下，电子自旋与磁性杂质纠缠在一起，形成一团屏蔽其磁性的云。随着温度的进一步下降，云的形状会发生变化，从而导致阻力增加。当其他外部“扰动”(例如电压或磁场)应用于金属时，也会发生同样的效果。

Teratani、Sakano 和 Oguri 想要开发数学公式来描述这种云在量子点和其他纳米级材料中的演变，这不是一件容易的事。

为了描述这样一个复杂的量子系统，他们从一个绝对零值的系统开始，其中适用于相互作用电子的完善的理论模型，即费米液体理论。然后他们添加了一个“校正”，描述了系统对抗外部扰动的另一个方面。使用这种技术，他们编写了描述电流及其通过量子点波动的公式。

他们的公式表明电子在这些系统内以两种不同的方式相互作用，从而导致近藤效应。首先，两个电子相互碰撞，

形成在近藤云中传播的定义明确的准粒子。更重要的是，发生了一种称为三体贡献的相互作用。这是当两个电子在第三个电子的存在下结合，导致准粒子的能量转移。

“这些公式的预测很快就可以通过实验进行研究，”Oguri 说。“沿着这项研究的方向的研究才刚刚开始，”他补充道。

这些公式还可以扩展到理解其他量子现象，例如通过连接到超导体的量子点的量子粒子运动。量子点可能是实现量子计算机和量子通信等量子信息技术的关键。

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