Formeln für Prozesse, die in Quantenpunkten ablaufen, werden abgeleitet

Ein Quantenpunkt ist ein Fragment eines Leiters oder Halbleiters, dessen Ladungsträger (Elektronen oder Löcher)

Der Platz ist auf allen drei begrenztMessungen. Die Größe eines Quantenpunkts muss klein genug sein, damit Quanteneffekte signifikant sind. Dies wird erreicht, wenn die kinetische Energie des Elektrons deutlich größer ist als alle anderen Energieskalen: zunächst einmal größer als die Temperatur, ausgedrückt in Energieeinheiten.

Rui Sakano

Quantenpunkt (gelb) verbunden mit zweiElektroden (blau). Elektronen, die von den Elektroden in den Quantenpunkt tunneln, interagieren miteinander, um einen stark korrelierten Quantenzustand zu bilden, der als "Fermi-Flüssigkeit" bezeichnet wird.

Japanische Physiker haben Formeln dafür entwickeltum das physikalische Phänomen zu beschreiben, das im Inneren von Quantenpunkten und anderen nanoskaligen Materialien auftritt. Dieser Vorgang wird auch „Kondo-Effekt“ genannt: 1964 entdeckte der theoretische Physiker June Kondo habe es für einige magnetische Materialien beschrieben. Mittlerweile weiß man, dass es auch in vielen anderen Systemen vorkommt, darunter auch in Quantenpunkten.

Typischerweise der elektrische Widerstand von Metallennimmt mit sinkender Temperatur ab. Bei Metallen, die magnetische Verunreinigungen enthalten, funktioniert dies jedoch nicht; dies geschieht nur bis zu einer kritischen Temperatur. Darüber steigt der Widerstand mit sinkender Temperatur.

Um die Formel abzuleiten, haben die Autorenerstellten eine mathematische Beschreibung der Entwicklung dieser Wolke: Sie begannen mit dem Zustand des Systems am absoluten Nullpunkt, auf den das gut etablierte theoretische Fermi-Flüssigkeitsmodell für wechselwirkende Elektronen anwendbar ist. Und als zweiten Schritt führten sie einen Zusatz ein, der die Reaktion des Systems auf äußere Störungen beschreibt.

Dadurch spiegeln die Formeln die Arbeit der Elektronen in solchen Systemen auf zwei unterschiedliche Arten wider

Die Vorhersagen der Formeln können bald experimentell überprüft werden. Die Forschung für dieses Projekt hat gerade erst begonnen.

Akira Oguri, Forschungsdirektor an der Osaka City University vom Institut für Theoretische und Experimentelle Physik

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