数值研究指出重稀土中奇异的量子基态

东京——东京都立大学的一位科学家首次应用数值方法捕捉了 f 电子系统中称为三通道近藤效应的量子现象的特征。Takashi Hotta 教授展示了钬 +3 离子周围的电子如何与传导电子相互作用，并在超低温下产生预测的残余熵值。这项工作还预测了可能显示这种效果的真实材料的种类。

一个在20面对凝聚态物理学家的许多奥秘的第世纪不纯金属的电阻率的情况下，好奇。金属中的电阻主要是由传导电子引起的由于热能而被振动的金属离子散射。温度越低，振动越小，效果越弱;人们会认为金属的电阻率会随着我们接近绝对零值而下降。然而，当金属不纯时，情况并非如此。随着温度降低，电阻率会在再次升高之前达到最小值。在 Jun Kondo 教授之后，这种效应被称为 Kondo 效应，他意识到这是由于磁性杂质通过称为杂化的过程与传导电子相互作用。

在 60 年代和 70 年代取得无数突破后，物理学家开始意识到这仅仅是个开始。杂质和传导电子相互作用的方式实际上可能更复杂，特别是当相同的杂质可以与多个电子库相互作用时，即“多通道”近藤效应。Nozières 和 Blandin 在 1980 年的开创性工作展示了双通道近藤效应如何引起“非费米液体”行为。除其他外，非费米液体与高温超导性有关。

现在，东京都立大学的 Takashi Hotta 教授在立方钬化合物的数值模型中研究了三通道近藤效应。在钬 3+ 离子的情况下，它们的最高能量电子在 4f-轨道，许多量子态的子集，可能被原子周围的电子对占据。六个填充较低的能量状态，而四个以不同的方式结合产生所谓的自旋单线态和自旋三线态;这些在图中显示，其中矩形是三重态，椭圆形是单重态，不同颜色的圆圈表示四个电子。这些一起创造了一个“spin = 1”杂质，然后可以同时与三种不同的传导电子源杂交。Hotta 教授使用一种称为数值重整化群法的算法对该系统进行建模，发现了超低温下的残余熵与三通道近藤效应预测的准确值。

重要的是，这项新工作预测了可能会发现三通道近藤效应的真实材料，即由 1 份钬、2 份过渡金属和 20 份铝或锌制成的 1-2-20 种化合物。可以看到效果的真实实验系统的指标有望为寻找奇异的量子基态带来新的兴奋，并为发现新型非费米液体及其潜在应用提供了空间。

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