Une équipe de l'Université métropolitaine d'Osaka a montré que l'effet Kondo, un phénomène quantique clé, se comporte de manière opposée selon la taille du spin. Pour les petits spins, il supprime le magnétisme, mais pour les plus grands, il favorise l'ordre magnétique. Cette découverte remet en question des idées reçues et pourrait faire avancer les matériaux quantiques.
Dans le domaine de la physique de la matière condensée, les interactions collectives entre spins quantiques peuvent mener à des comportements inattendus. L'effet Kondo, qui décrit comment les spins localisés interagissent avec les électrons mobiles, est au centre de la compréhension des systèmes quantiques depuis longtemps. Traditionnellement vu comme un suppresseur du magnétisme, cet effet révèle maintenant une dualité surprenante. Un groupe de recherche dirigé par le professeur associé Hironori Yamaguchi de l'École des cycles supérieurs en sciences de l'Université métropolitaine d'Osaka a conçu un modèle de collier Kondo utilisant un matériau hybride organique-inorganique de radicaux organiques et d'ions de nickel. Cette configuration, rendue possible par le cadre de conception moléculaire RaX-D, a permis un contrôle précis de la structure cristalline et des interactions magnétiques. S'appuyant sur des travaux antérieurs avec des systèmes spin-1/2, l'équipe a augmenté le spin localisé à 1. Les mesures thermodynamiques ont indiqué une transition de phase vers un état magnétiquement ordonné. L'analyse quantique a révélé que le couplage Kondo génère des interactions magnétiques effectives entre les moments spin-1, stabilisant l'ordre à longue portée. Cela renverse la perspective classique où l'effet Kondo forme des singlets non magnétiques pour spin-1/2, verrouillant les spins dans des états de spin total zéro. Pour les spins supérieurs à 1/2, il favorise au contraire le magnétisme. L'étude marque la première confirmation expérimentale de cette dépendance à la taille du spin dans une plateforme propre à base uniquement de spin. Le concept de collier Kondo remonte à 1977, proposé par Sebastian Doniach, mais sa réalisation expérimentale a échappé aux scientifiques pendant des décennies en raison de complications dues au mouvement des électrons et aux orbitais dans les matériaux réels. «La découverte d'un principe quantique dépendant de la taille du spin dans l'effet Kondo ouvre une toute nouvelle domaine de recherche en matériaux quantiques», a déclaré Yamaguchi. «La capacité à basculer les états quantiques entre régimes non magnétique et magnétique en contrôlant la taille du spin représente une stratégie de conception puissante pour les matériaux quantiques de nouvelle génération». Un tel contrôle pourrait façonner des propriétés comme l'intrication et le bruit magnétique, ouvrant la voie à des dispositifs quantiques basés sur les spins et des technologies de calcul. Les résultats paraissent dans Communications Materials (2026, volume 7, numéro 1).
