Ett team vid Osaka Metropolitan University har visat att Kondo-effekten, en central kvantfenomen, beter sig omvänt beroende på spinnstorlek. För små spinn dämpar den magnetisme, men för större främjar den magnetisk ordning. Detta fynd utmanar gamla uppfattningar och kan främja kvantmaterial.
Inom kondenserade materiens fysik kan kollektiva interaktioner mellan kvantspinn leda till oväntade beteenden. Kondo-effekten, som beskriver hur lokaliserade spinn interagerar med mobila elektroner, har länge varit central för förståelsen av kvantsystem. Traditionellt sedd som en dämpare av magnetisme avslöjar denna effekt nu en förvånande dualitet. En forskningsgrupp ledd av biträdande professor Hironori Yamaguchi vid Osaka Metropolitan Universitys Graduate School of Science konstruerade en Kondo-halsbandmodell med ett organiskt-oorganiskt hybridmaterial av organiska radikaler och nickeljoner. Denna uppställning, möjliggjord av RaX-D-molekylär designramverk, tillät precis kontroll över kristallstruktur och magnetiska interaktioner. Byggande på tidigare arbete med spinn-1/2-system ökade teamet det lokaliserade spinnet till 1. Termodynamiska mätningar indikerade en fasövergång till en magnetiskt ordnad tillstånd. Kvantanalys visade att Kondo-kopplingen genererar effektiva magnetiska interaktioner mellan spinn-1-momenter, vilket stabiliserar långdistansordning. Detta vänder den klassiska synen där Kondo-effekten bildar icke-magnetiska singletter för spinn-1/2 och låser spinn i tillstånd med totalt noll spinn. För spinn över 1/2 främjar den istället magnetisme. Studien är den första experimentella bekräftelsen av denna spinnstorleksberoende i en ren, spinn-enbart plattform. Konceptet Kondo-halsband härstammar från 1977, föreslaget av Sebastian Doniach, men experimentell realisering undvek forskare i årtionden på grund av komplikationer från elektronrörelse och orbitaler i verkliga material. «Upptäckten av en kvantprincip beroende av spinnstorlek i Kondo-effekten öppnar ett helt nytt forskningsområde inom kvantmaterial», uppgav Yamaguchi. «Förmågan att växla kvanttillstånd mellan icke-magnetiska och magnetiska regimer genom att styra spinnstorleken representerar en kraftfull designstrategi för nästa generations kvantmaterial». Sådan kontroll kan forma egenskaper som intrassling och magnetiskt brus, och bana väg för spinnbaserade kvant-enheter och datortekniker. Resultaten publiceras i Communications Materials (2026, volym 7, nummer 1).
