گروهی پژوهشی به سرپرستی پروفسور لی شیانگیانگ از مؤسسات علوم فیزیکی هیفی، وابسته به آکادمی علوم چین، به کشف جدیدی دست یافته است: یک مولکول آلی منفرد میتواند اثر کوندو را در یک اتم مغناطیسی القا کند. این یافته، باور دیرینهای را به چالش میکشد که معتقد بود این پدیده کوانتومی به دریای وسیعی از الکترونهای فلزی نیازمند است.
نتایج این پژوهش در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.
اثر کوندو یک پدیده کوانتومی چندجسمی است که در آن الکترونهای رسانش یک فلز بهطور جمعی گشتاور مغناطیسی یک اتم ناخالصی موضعی را پوشش میدهند. این اثر به درک رفتار الکترونهای قویاً همبسته کمک کرده و الهامبخش پیشرفتهایی در علوم نانو، الکترونیک مولکولی و تحقیقات اطلاعات کوانتومی بوده است.
بهطور سنتی، باور بر این بود که این اثر تنها میتواند در سیستمهایی با یک منبع بزرگ از الکترونهای فلزی پدیدار شود، امری که نتایج جدید را بهویژه شگفتانگیز میسازد.
در این مطالعه، پژوهشگران نشان میدهند که مولکولهای کبالت فتالوسیانین (CoPc) که روی یک زیرلایه فلزی قرار گرفتهاند، میتوانند بهعنوان یک منبع الکترونی سیار عمل کرده و حالت اسپین یک اتم کبالت را پوشش دهند و به این ترتیب، نخستین «جعبه کوندوی مولکولی» را ایجاد کنند.
محاسبات مبتنی بر اصول اولیه و اعتبارسنجی تجربی نشان داد که در سیستم Co–CoPc/Au(111)، حالتهای الکترون π مولکول CoPc با الکترونهای رسانش زیرلایه Au(111) هیبرید میشوند. این هیبریداسیون به الکترونهای π خود مولکول اجازه میدهد تا رفتاری شبیه به الکترونهای سیار از خود نشان دهند.
این اوربیتالهای π با اوربیتالهای dπ اتم کبالت که از نظر تقارن با آنها منطبق هستند، همپوشانی شدیدی دارند. این امر پوششدهی رقیب از سوی زیرلایه فلزی را سرکوب کرده و امکان تشکیل یک تکحالت کوندو را در مقیاس مولکولی فراهم میآورد.
نکته قابلتوجه این است که دمای کوندوی مربوطه را میتوان با کنترل تعداد اتمهای کبالت و تقارن کلی سیستم مولکولی بهطور دقیق تنظیم کرد.
به گفته این تیم، این کشف نه تنها درک بنیادین از فیزیک کوندو را گسترش میدهد، بلکه سطح جدیدی از پایداری و قابلیت تنظیم را در حالتهای اسپین به نمایش میگذارد.
اطلاعات بیشتر: Xiangyang Li et al, Co and CoPc Molecular Kondo Box on Gold Surface, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/65qq-dknn
اطلاعات نشریه: Physical Review Letters
ارائه شده توسط مؤسسات علوم فیزیکی هیفی، آکادمی علوم چین