德国科学家解决了凝聚态物理的长期难题：直接观测近藤效应

然而，由科隆大学实验物理研究所的 Wouter Jolie 博士领导的国际研究小组利用一种新技术，在漂浮于石墨烯金属片上方的一维导线内的人造轨道上观测到了近藤效应。他们在最近发表于《自然-物理》（Nature Physics）的一篇论文中报告了他们的发现。

当电子在金属中运动遇到磁性原子时，它们会受到原子自旋的影响--原子自旋是基本粒子的磁极，为了屏蔽原子自旋的影响，电子海在靠近原子的地方聚集在一起，形成一种新的多体状态，这种状态被称为近藤共振。通常用于描述金属与磁性原子的相互作用。然而，其他类型的相互作用也会导致非常相似的实验特征，这就对表面单个磁性原子的近藤效应的作用提出了质疑。

物理学家们使用了一种新的实验方法，证明他们的一维导线也受到近藤效应的影响：导线中的电子形成驻波，可以将其视为扩展的原子轨道。这种人造轨道、它与电子海的耦合，以及轨道与电子海之间的共振转换，都可以用扫描隧道显微镜成像。这种实验技术使用锋利的金属针以原子分辨率测量电子。这使得研究小组能够以无与伦比的精度测量近藤效应。

"对于表面上的磁性原子，这就像一个故事：一个从未见过大象的人，试图通过在黑暗的房间里触摸一次大象来想象它的形状。如果你只摸到躯干，你想象的动物和你摸到的侧面完全不同，"进行实验的博士生卡米尔-范-埃弗伦（Camiel van Efferen）说。"长期以来，人们只测量近藤共振。但在这些测量中观察到的信号可能还有其他解释，就像大象的躯干也可能是一条蛇一样"。

实验物理研究所的研究小组专门从事二维材料（仅由几层原子组成的结晶固体）的生长和探索，如石墨烯和单层二硫化钼（MoS2）。他们发现，在两个 MoS2 晶体（其中一个是另一个的镜像）的界面上，会形成金属原子丝。

利用扫描隧道显微镜，他们可以在-272.75 摄氏度（0.4 开尔文）的惊人低温下同时测量磁态和近藤共振，而近藤效应正是在这个温度下产生的。

理论与实验数据的关联

乔利补充说："虽然我们的测量结果让人毫不怀疑我们观测到了近藤效应，但我们还不知道我们的非常规方法与理论预测的对比情况如何。"为此，研究小组寻求了两位理论物理学家的帮助，他们是科隆大学的阿希姆-罗施教授和尤利希研究中心的特奥-科斯蒂博士，他们都是近藤物理学领域的世界知名专家。

在尤利希的超级计算机中对实验数据进行分析后发现，近藤共振可以根据磁力线中人工轨道的形状准确预测出来，从而验证了凝聚态物理学奠基人之一菲利普-安德森（Philip W. Anderson）数十年前的预测。

科学家们现在正计划利用他们的磁力线研究更奇特的现象。卡米尔-范-埃弗伦解释说："把我们的一维导线放在超导体或量子自旋液体上，我们就能创造出由电子以外的其他准粒子产生的多体态。现在可以清楚地看到由这些相互作用产生的迷人的物质状态，这将使我们能够在全新的层面上理解它们"。