洛桑联邦理工学院
过渡金属二元合金中的原子尺度2D缺陷
平面内独特的星形结构的形成，导致它形成磁矩的2D晶格(红色)
这些局部磁体通过近藤效应与材料中传导电子的自旋强烈相互作用
电子之间的量子力学相互作用显著影响穿过材料原子平面的电流，而对平面内流动的电流没有影响
使用VESTA渲染的原子结构模型(https://jp-minerals
org/vesta/en/)
信用:爱德华多·马蒂诺
一个由EPFL科学家领导的国际团队揭示了层状材料中电子和拓扑缺陷之间独特的量子力学相互作用，这种相互作用只在工程原子薄层中观察到
这种现象可以通过实验室生长的大晶体的天然缺陷来重现，使得未来对近藤系统和量子电子器件的研究变得更加容易
技术上令人感兴趣的材料的特性通常源于其原子结构上的缺陷
例如，改变含铬内含物的红宝石的光学性质有助于开发激光，而钻石中的氮空位则为量子磁力计等应用铺平了道路
即使在冶金工业中，像位错这样的原子级缺陷也能提高锻钢的强度
原子尺度缺陷的另一种表现是近藤效应，它通过散射和减慢电子并改变通过它的电流来影响金属的导电特性
这种近藤效应最早是在磁性缺陷很少的金属中观察到的
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含有百万分之几铁夹杂物的黄金
当稀释的磁性原子排列所有围绕它们旋转的电子时，这减缓了材料内部的电流运动，每个方向都是一样的
自1964年由理论物理学家近藤君描述以来，这个话题已经经历了几次复兴，如今从碳纳米管到超导体的许多系统中都观察到了这种效应
新的视角 现在，由EPFL的拉斯洛·福雷罗教授领导的一个团队发表了一篇论文，对近藤效应有了新的看法，这使得使用最先进的材料表征工具和微制造技术成为可能
科学家们研究了磁性缺陷的影响，磁性缺陷是近藤散射的原因，近藤散射是由层状材料中的原子薄平面产生的
由于热力学的原因，薄平面呈现出反常的原子构型
这种缺陷本质上是非磁性的，但是在低温下，电子在缺陷层中自组织自旋，在材料内部产生局部磁性平面缺陷
到目前为止，这种结构只是在独特和定制的样品中被创造和研究，或者通过手工堆叠不同材料的原子薄层，或者通过昂贵的分子束外延技术，在超高真空中逐个原子地制造材料
该研究使用了创新的聚焦离子束微制造方法，该方法由菲利普·摩尔教授和他在EPFL的团队开发，首次提供了电子传输特性异常的实验证据
这种现象可以由天然缺陷产生的发现，为探索材料中独特的量子相互作用开辟了一条新的、更容易获得的途径，这可能会促进发现并转化为技术解决方案
施加磁场，看看会发生什么 该研究的第一作者爱德华多·马蒂诺说:“一旦我们第一次发现电子电导率的异常，我们仍然非常困惑。”
“这种材料的行为就像一种相当标准的金属，其电子沿着平面移动，但当被迫在平面之间移动时，它的行为既不是金属也不是绝缘体，不清楚还会发生什么
正是由于与同事和理论物理学家的讨论，我们被推向了正确的方向:只需施加一个磁场，看看会发生什么
" 在施加磁场后，EPFL的科学家们意识到磁铁越强，材料的行为就变得越奇特
他们开始在EPFL试验14特斯拉(46万倍地球磁场)超导磁体，但很快他们意识到他们需要更多
他们与格勒诺布尔和图卢兹的国家香槟实验室合作，获得了一些世界上最强大的磁铁
这项合作在静态条件下进行了高达34特斯拉的实验，脉冲高达70特斯拉，持续几毫秒
“我的第一个猜测是，这是一种新型的近藤效应，尽管我们没有在晶体中引入磁性物种，”从事这项研究的科学家康斯坦丁·塞梅纽克说
马蒂诺说:“一旦我们完成调查，结果就很清楚了。”
“原子级的薄缺陷在材料中形成了一种磁性壁，可以反射一些试图穿过它的电子
揭示近藤效应的来源表明，热力学可以带来巨大的惊喜
我们相信在这个领域还有很多有待发现的东西，通过电子显微镜、局部磁性测量和新的量子模拟来更好地理解原子尺度的缺陷，从而理解层状材料中这种缺陷的形成和影响
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