Японские физики разработали математические формулы для описания тока и флуктуаций электронов в квантовых точках. Квантовая точка — фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трем измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными.

Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах.

Японские физики разработали формулы для того, чтобы описать физическое явление, происходящее внутри квантовых точек и других наноразмерных материалов. Этот процесс еще называют «эффектом Кондо»: в 1964 году физик-теоретик Джун Кондо описал его для некоторых магнитных материалов. Теперь же известно, что он имеет место и во многих других системах, включая квантовые точки.

Обычно электрическое сопротивление металлов уменьшается вместе со снижением температуры. Однако это не работает с металлами, которые содержат магнитные примеси, это происходит только до критической температуры. Выше нее сопротивление возрастает при понижении температуры.

Rui Sakano / Квантовая точка (желтая), подключенная к двум электродам (синие). Электроны, туннелирующие в квантовую точку от электродов, взаимодействуют друг с другом, образуя высококоррелированное квантовое состояние, называемое «ферми-жидкостью».

Для того, чтобы вывести формулу, авторы составили математическое описание эволюции этого облака: они начали с состояния системы при абсолютном нуле, к которому применима хорошо зарекомендовавшая себя теоретическая модель ферми-жидкости для взаимодействующих электронов. А вторым шагом ввели поправку, которая описывает реакцию системы на внешние возмущения. В результате формулы отражают работу электронов в подобных системах двумя различными способами.

Предсказания формул вскоре можно будет проверить экспериментально. Исследования в рамках этого проекта только начались, – Акира Огури, руководитель исследования городского университета Осаки из Института теоретической и экспериментальной физики.