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    香港现象大学到量子城市观测家在近藤全球云首次实验科学

    类型： 间谍 地区： 发布： 2025-04-22

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    香港现象大学到量子城市观测家在近藤全球云首次实验科学剧情介绍


    香港城市大学科学家在全球首次实验观测到“近藤云”量子现象（Credit: Jeongmin Shim）
    （神秘的近藤云地球uux.cn报道）据EurekAlert!：数十年来，物理学家一直试图观察称为「近藤云」（Kondo cloud）的香港象量子现象。 一支包括香港城市大学（香港城大）科学家在内的城市次实测国际研究团队最近开发了一种新器件，成功测量近藤云的大学长度，甚至可以控制近藤云。科学 其研究成果可以被视为凝聚态物理学范畴的家全一个里程碑，并且有望为进一步了解多重掺杂系统如高温超导体，球首带来新启示。验观
    香港城大物理学系助理教授Ivan V. Borzenets博士与德国、量现日本和韩国的近藤云科学家连手，取得上述突破。香港象 相关研究结果在最新一期的城市次实测权威科学期刊《自然》上发表。
    什么是大学近藤云？
    近藤效应（Kondo effect）是1930年代由科学家发现的一种物理现象。 金属的科学电阻会随温度变化，一般随着温度下降，家全电阻亦会下降。 不过，如果金属掺有一些磁性杂质，结果则会相反。 电阻先会下降，然后当温度低于某个临界值，电阻反而会随着温度的进一步降低而增加。
    日本理论物理学家近藤淳（Jun Kondo）于五十多年前解开了这个谜团，因此该效应以他的名字命名。 他解释，置于金属内的磁性原子（杂质原子）具备一种物理特性，称为自旋（spin）。 但是它不仅会与另一电子耦合（couple）成为一组具有“向上”和“向下”的自旋对，还会与附近一定范围内的所有电子耦合，从而在杂质的周围形成一团电子云。 这团电子云就是近藤云。 因此，当在近藤云上施加电压时，电子要么无法自由移动，要么被近藤云所屏蔽，从而导致电阻增加。
    近藤云到底有多大？
    近藤效应的部分基本特性已由实验阐明，并发现与近藤温度（Kondo temperature，意即电阻在低温下开始升高的临界温度）相关。 但是，科学家仍未真正量度到近藤云的长度。 理论上，近藤云可以由半导体中的杂质延展到几微米的范围。
    「探测近藤云的困难，在于需要以高达万兆赫的高速，去量度近藤效应中的自旋关联性，而你无法凝住时间来观察和测量单个电子。 」在这次研究中负责实验测量部分的Borzenets博士解释。 素来喜欢进行复杂实验的他，毅然决定接受这项挑战。
    以特制器件分离单一近藤云
    有赖纳米技术的进步，研究团队制作出一个器件，可以将单个电子自旋（磁性杂质）局限在直径仅几百纳米、犹如导电微区（conducting island）一样的「量子点」（quantum dot）里。 Borzenets博士说：「由于量子点非常细小，因此你可以确实地知道杂质在哪里。 」
    而接连着量子点的，是一条一维长信道。 由于在量子点里的单个电子只能与信道内的电子产生耦合，因而形成近藤云。 他解释说：「这样我们便成功在杂质附近分离出单一近藤云，也可以控制云的大小。 」
    这套系统的新颖之处是，研究人员可以在信道内，从量子点不同距离的位置上施加电压，在信道上形成弱的势垒或屏障（weak barriers）。 然后研究人员观察衍生的电子流动变化，以及随着电压强度和施加位置的变化而产生的近藤效应。
    秘密藏于起伏幅度
    研究人员发现，通过改变电压，无论势垒处于哪个位置，电导率都会上升或下降。 而当电导出现起伏时，量度得的近藤温度也出现起伏。
    研究人员继而把纪录所得的近藤温度起伏幅度，相对于屏障与杂质距离除以近藤云理论长度值所得的比值数据，绘制成图。 他们发现所有数据点都符合理论的推算，落在同一条曲线上。 Borzenets博士说：「我们通过实验证实了按原先理论所推算的近藤云长度数值：长度是以微米计。 」
    「我们首次通过直接量度近藤云的长度，而证明它的存在，我们并找出了近藤云长度与近藤温度之间的比例因子（proportionality factor）。 」他总结道。
    对多重掺杂系统的启示
    研究团队花了将近三年时间完成这项研究，计划下一步研究控制近藤效应状态的不同方法。 Borzenets博士说：「我们可利用这新器件进行许多其他的操控，例如可以同时使用两个杂质，看看当近藤云重迭时会有什么反应。 我们希望这些发现能为理解多重掺杂系统，例如近藤晶格、自旋玻璃和高温超导体带来启示。 」
    Borzenets博士、来自韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST）的Sim Heung-Sun教授和日本理化学研究所创发物性科学研究中心（RIKEN Center for Emergent Matter Science, CEMS）的山本伦久博士是论文的共同通讯作者。 Borzenets博士同时是第一作者，另一位共同第一作者是来自KAIST的Shim Jeongmin博士。 其他共同作者包括东京大学的Jason Chen C. H.，波鸿鲁尔大学（Rurh-University Bochum）的Andreas D. Wieck教授和Arne Ludwig博士，以及RIKEN CEMS的樽茶清悟教授。
    这项研究获得香港城大、香港研究资助局、日本科学研究费助成事业（科研费） 、日本科学技术振兴机构以及韩国国家研究基金会的资助。     详情

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