La théorie décrit le phénomène quantique dans les nanomatériaux –

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  • Les physiciens théoriques Yoshimichi Teratani et Akira Oguri de l’Université d’Osaka, et Rui Sakano de l’Université de Tokyo ont développé des formules mathématiques qui décrivent un phénomène physique se produisant dans des points quantiques et d’autres matériaux nanométriques. Les formules, publiées dans la revue Lettres d’examen physique, pourrait être appliqué à d’autres recherches théoriques sur la physique des points quantiques, des gaz atomiques ultra-froids et des quarks.

    La question est «l’effet Kondo». Cet effet a été décrit pour la première fois en 1964 par le physicien théoricien japonais Jun Kondo dans certains matériaux magnétiques, mais semble maintenant se produire dans de nombreux autres systèmes, y compris les points quantiques et d’autres matériaux à l’échelle nanométrique.

    Normalement, la résistance électrique des métaux diminue à mesure que la température baisse. Mais dans les métaux contenant des impuretés magnétiques, cela ne se produit que jusqu’à une température critique, au-delà de laquelle la résistance augmente avec la baisse des températures.

    Les scientifiques ont finalement pu montrer qu’à des températures très basses proches du zéro absolu, les spins d’électrons s’emmêlent avec les impuretés magnétiques, formant un nuage qui filtre leur magnétisme. La forme du nuage change avec de nouvelles chutes de température, entraînant une augmentation de la résistance. Ce même effet se produit lorsque d’autres «perturbations» externes, telles qu’une tension ou un champ magnétique, sont appliquées au métal.

    Teratani, Sakano et Oguri ont voulu développer des formules mathématiques pour décrire l’évolution de ce nuage en points quantiques et autres matériaux nanométriques, ce qui n’est pas une tâche facile.

    Pour décrire un système quantique aussi complexe, ils ont commencé avec un système à zéro absolu où un modèle théorique bien établi, à savoir la théorie des liquides de Fermi, pour les électrons en interaction est applicable. Ils ont ensuite ajouté une «correction» qui décrit un autre aspect du système contre les perturbations externes. En utilisant cette technique, ils ont écrit des formules décrivant le courant électrique et sa fluctuation à travers des points quantiques.

    Leurs formules indiquent que les électrons interagissent au sein de ces systèmes de deux manières différentes qui contribuent à l’effet Kondo. Premièrement, deux électrons entrent en collision l’un avec l’autre, formant des quasi-particules bien définies qui se propagent dans le nuage de Kondo. Plus important encore, une interaction appelée contribution à trois corps se produit. C’est à ce moment que deux électrons se combinent en présence d’un troisième électron, provoquant un déplacement d’énergie des quasi-particules.

    «Les prédictions des formules pourraient bientôt être étudiées expérimentalement», dit Oguri. «Les études dans le sens de cette recherche ne font que commencer», ajoute-t-il.

    Les formules pourraient également être étendues pour comprendre d’autres phénomènes quantiques, tels que le mouvement des particules quantiques à travers des points quantiques connectés à des supraconducteurs. Les points quantiques pourraient être une clé pour la réalisation des technologies de l’information quantique, telles que les ordinateurs quantiques et la communication quantique.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de la ville d’Osaka. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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