Quỹ công ty: Tìm hiểu về hiệu ứng Kondo và ứng dụng trong vật lý

Hiệu ứng Kondo là một hiện tượng vật lý đặc biệt, quan sát được trong các kim loại có pha tạp các nguyên tử mang từ tính. Điểm đặc biệt của hiện tượng này là sự thay đổi điện trở suất khi nhiệt độ giảm. Vậy hiệu ứng Kondo là gì và có những ứng dụng nào trong thực tế?

Hiệu ứng Kondo là gì?

Trong các kim loại nguyên chất, điện trở suất thường giảm khi nhiệt độ giảm. Tuy nhiên, ở các hệ có tạp chất từ, điện trở suất lại tăng khi nhiệt độ hạ thấp. Nguyên nhân của hiện tượng này là do tương tác từ giữa spin của các điện tử dẫn và spin của các tâm tạp.

Dù hiệu ứng này được phát hiện từ năm 1934, nhưng đến năm 1964, nhà vật lý người Nhật Jun Kondo mới đưa ra giải thích lý thuyết thuyết phục, và từ đó hiệu ứng mang tên ông.

Điều đáng chú ý là các hiện tượng tương tự hiệu ứng Kondo cũng có thể xảy ra ngay cả khi không có bậc tự do từ tính. Chúng xuất hiện bất cứ khi nào tồn tại sự suy biến lượng tử liên kết với một thể liên tục.

Một ví dụ điển hình là hiệu ứng Kondo điện tích, trong đó các trạng thái suy biến liên quan đến điện tích (thay vì spin) đóng vai trò trung tâm. Một trong những hệ vật lý tiêu biểu để nghiên cứu hiện tượng này là các chấm lượng tử: những đảo kim loại cực nhỏ, nơi các điện tử bị giam giữ trong cả ba chiều không gian, dẫn đến sự lượng tử hóa các mức năng lượng. Hiểu rõ hơn về công ty EPE là gì sẽ giúp bạn hình dung rõ hơn về ứng dụng của các vật liệu đặc biệt này trong thực tế.

Nghiên cứu về hiệu ứng Kondo điện tích

Hiệu ứng Kondo điện tích lần đầu tiên được đề xuất trong các mô hình lý thuyết bởi Flensberg, Matveev và Furusaki trong giai đoạn 1993–1995.

Tại Việt Nam, nghiên cứu lý thuyết về hiệu ứng này đã được TS. Nguyễn Thị Kim Thanh (Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) nghiên cứu trong khuôn khổ hợp tác với GS. Mikhail Kiselev (Trung tâm Vật lý Lý thuyết Quốc tế Abdus Salam).

Bước ngoặt thực nghiệm quan trọng xảy ra vào năm 2015, khi nhóm nghiên cứu của GS. Frédéric Pierre tại Đại học Paris-Saclay thành công trong việc thiết lập các thí nghiệm xác thực hiệu ứng Kondo điện tích. Thành tựu này không chỉ củng cố cơ sở lý thuyết mà còn mở đường cho việc nghiên cứu các biến thể phức tạp hơn như hiệu ứng Kondo đa kênh, nơi một bậc tự do lượng tử hóa (spin hoặc điện tích) được liên kết đồng thời với nhiều điện cực độc lập.

Hội nghị quốc tế tại Quy Nhơn và sự hợp tác nghiên cứu

Năm 2017, tại Hội nghị quốc tế “Vật lý nano: từ cơ bản đến ứng dụng – Sự trở lại” tổ chức tại Quy Nhơn, Việt Nam, TS. Nguyễn Thị Kim Thanh đã có cơ hội gặp gỡ và trao đổi trực tiếp với GS. Frédéric Pierre, người trình bày về các kết quả mới nhất liên quan đến hiệu ứng Kondo điện tích ba kênh – một hiện tượng có độ phức tạp cao trong vật lý chất rắn. 3 đường thẳng đồng quy là gì và có mối liên hệ nào với các nghiên cứu vật lý phức tạp này?

Khi đó, các mô hình lý thuyết cho trường hợp hai kênh đã được công bố, và TS. Kim Thanh đã bày tỏ sự quan tâm đặc biệt đến việc phát triển mô hình lý thuyết cho trường hợp ba kênh.

Sự hợp tác nghiên cứu đã được cụ thể hóa qua công trình khoa học mang tên “Truyền dẫn nhiệt điện trong mạch Kondo điện tích ba kênh”, đăng trên tạp chí Physical Review Letters (Số 125, trang 026801, năm 2020). Bài báo là một phần trong đề tài nghiên cứu “Truyền dẫn điện tử không cân bằng qua các hệ chấm lượng tử trong chế độ Kondo” (mã số 103.01-2020.05) được Quỹ Nafosted tài trợ, góp phần làm sâu sắc thêm hiểu biết về truyền dẫn lượng tử và các hiệu ứng tương quan mạnh trong các hệ nano.

Trong loạt thí nghiệm do nhóm của GS. Frédéric Pierre thực hiện, dòng điện biên được tạo ra trong chế độ Hall lượng tử nguyên đóng vai trò chủ đạo. Hệ được duy trì trong trạng thái cân bằng nhiệt động cục bộ trong vùng máng, trong khi một điện cực bổ sung (gọi là nguồn) được liên kết yếu với chấm lượng tử và được duy trì ở nhiệt độ cao hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ tại liên kết yếu này tạo điều kiện để khảo sát hiện tượng truyền dẫn nhiệt điện lượng tử. Tại liên kết yếu, điện tử có thể “chui ngầm” vào hoặc ra khỏi chấm. Bạn có thể tìm hiểu thêm về quý dậu cung gì để hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến vật chất và năng lượng.

Ứng dụng tiềm năng của hiệu ứng Kondo

Hiệu ứng Kondo, đặc biệt là hiệu ứng Kondo điện tích, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực điện tử nano và vật liệu mới. Một số ứng dụng tiềm năng bao gồm:

• Phát triển các linh kiện điện tử siêu nhỏ: Hiểu rõ và kiểm soát hiệu ứng Kondo cho phép tạo ra các transistor và linh kiện điện tử với kích thước nano, giúp tăng mật độ và hiệu suất của các thiết bị điện tử.
• Cảm biến lượng tử: Hiệu ứng Kondo có thể được sử dụng để phát triển các cảm biến cực nhạy, có khả năng phát hiện các thay đổi nhỏ nhất trong môi trường xung quanh, ứng dụng trong y học, môi trường và an ninh.
• Vật liệu nhiệt điện hiệu quả: Nghiên cứu về truyền dẫn nhiệt điện trong mạch Kondo có thể dẫn đến việc phát triển các vật liệu nhiệt điện mới với hiệu suất cao, giúp chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng và ngược lại một cách hiệu quả.

Kết luận

Hiệu ứng Kondo là một hiện tượng vật lý thú vị và phức tạp, có tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực. Các nghiên cứu về hiệu ứng Kondo, đặc biệt là hiệu ứng Kondo điện tích, đang được tiến hành trên toàn thế giới, trong đó có Việt Nam, nhằm khai thác tối đa tiềm năng của hiện tượng này trong công nghệ tương lai. Việc tìm hiểu về Nạp tiền – bí quyết tham gia cá cược hiệu quả hay Kèo thẻ phạt – Cách chơi, các loại kèo phổ biến và bí quyết có thể mang lại những trải nghiệm thú vị, nhưng việc nghiên cứu khoa học như hiệu ứng Kondo mới thực sự mở ra những chân trời mới cho nhân loại. Website THPT Hồng Ngự 1 sẽ tiếp tục cập nhật những thông tin khoa học mới nhất đến bạn đọc.

Tài liệu tham khảo

• Tìm hiểu thêm về hiệu ứng Kondo điện tích và đóng góp nổi bật của nhà khoa học Việt Nam
• Physical Review Letters 125, 026801 (2020)