《物理評論快報》發表中科院近物所碳納米管量子點研究新成果
2008-12-29 來源：中國聚合物網
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最近，中科院近物所理論組的研究人員首次研究了碳納米管量子點中自旋-軌道相互作用導致的SU(4)對稱性破缺的Kondo效應。研究成果發表在12月12日出版的物理學期刊《物理評論快報》上。審稿人認為，這項工作非常及時，在納米管電子學領域有重要意義。
Kondo效應是凝聚態物理中最為著名和研究得最為全面的一種強關聯多體效應。它描述傳導電子對雜質自旋的屏蔽作用，起源于上世紀30年代對稀磁合金低溫反常輸運性質的研究。1998年在半導體量子點系統中首次實現了在可控制條件下的Kondo效應，發現這一效應能夠顯著改變量子點的輸運性質，從而實現量子點電導從極小到極大的連續調制。人們立即意識到Kondo效應在納米電子器件設計中的巨大應用前景，促使對該效應的實驗和理論研究都進入到一個新的階段，從此這一研究課題迅速成為納米電子學領域中涵蓋基礎與應用的一大熱點。
近年來，研究人員將興趣擴展到了碳納米管量子點中的Kondo效應。與傳統的半導體材料相比，碳納米管是一性能優異的納米材料，具有極長的相干時間，同時又可以方便地與各種材質的電極相耦合(如超導電極和鐵磁電極)。更為重要的是：碳納米管具有雙重簡并的電子軌道，因此基于碳納米管的電子學器件設計受到國際學術界的普遍重視。人們一直普遍認為，碳納米管中電子的自旋與軌道運動相互獨立，其中發生的Kondo效應具有SU(4)對稱性。
2008年3月，美國康內爾大學的研究小組打破了這一常識。他們在極純的碳納米管中觀察到強烈的自旋-軌道相互作用，從而引發了學術界的廣泛興趣與熱烈討論，因為這將導致一系列納米電子器件的新設計原理。
在這種背景下，近物所理論組的研究人員首次把自旋-軌道相互作用納入到Kondo效應的研究中，預言了Kondo共振峰的零場劈裂，從而破壞其SU(4)對稱性。研究還表明：當施加外磁場時，共振峰將進一步劈裂，展現出與原子光譜類似的非常豐富的精細結構，從中可以唯一確定碳納米管電子輸運中發生的所有微觀共隧穿過程。同時，還預言碳納米管中可以發生一種全新的軌道Kondo效應。這些研究成果揭示了Kondo效應深層次的物理過程，將加深人們對該效應的理解，并為基于碳納米管的電子器件提供新的設計原理，受到了《物理評論快報》審稿人的高度評價。
這項工作得到了國家自然科學基金和973項目的支持。部分研究結果如圖所示。
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（責任編輯：龍翔）
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