Группа исследователей под руководством профессора Ли Сянъяна из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук совершила новое открытие: одиночная органическая молекула может вызвать эффект Кондо у магнитного атома, что бросает вызов устоявшемуся мнению о том, что для этого квантового явления требуется огромное количество металлических электронов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Эффект Кондо — это квантовое явление, при котором проводимые электроны в металле коллективно экранируют магнитный момент локализованного примесного атома. Это помогает объяснить поведение сильно коррелированных электронов и вдохновляет достижения в нанонауке, молекулярной электронике и исследованиях в области квантовой информации.
Традиционно считалось, что этот эффект может проявляться только в системах с большим количеством металлических электронов, что делает новые результаты особенно впечатляющими.
В этом исследовании учёные демонстрируют, что молекулы кобальтфталоцианина (CoPc), нанесённые на металлическую подложку, могут действовать как своеобразный резервуар электронов для экранирования спинового состояния атома кобальта, создавая первый «молекулярный ящик Кондо».
Расчёты из первых принципов и экспериментальная проверка показали, что в системе Co–CoPc/Au(111) π-электронные состояния молекулы CoPc гибридизируются с проводимыми электронами подложки Au(111). Эта гибридизация позволяет собственным π-электронам молекулы проявлять поведение, похожее на поведение подвижных электронов.
Эти π-орбитали сильно перекрываются с симметрично соответствующими dπ-орбиталями атома кобальта, подавляя конкурирующее экранирование от металлической подложки и позволяя сформировать синглет Кондо в молекулярном масштабе.
Примечательно, что соответствующую температуру Кондо можно точно настраивать, контролируя количество атомов кобальта и общую симметрию молекулярной системы.
Это открытие не только расширяет фундаментальное понимание физики Кондо, но и демонстрирует новый уровень стабильности и настраиваемости спиновых состояний, по словам команды исследователей.
Предоставлено Хэфэйским институтом физических наук Китайской академии наук.