台交大验证半世纪的国际性科学探索「轨道近藤效应」

历经多年实验,台湾交通大学低温物理实验室团队,在摄氏零下270度左右的极度低温下,从二氧化铱(IrO2)和二氧化钌(RuO2)奈米线中观测到“轨道二通道(two-channel)近藤效应”,验证了持续半个世纪的国际性科学探索。

其研究成果获刊著名国际期刊《Nature Communications》(自然通讯),是迄今科学文献中最明确、定量的数据纪录。

主导交大低温物理实验室研究的物理所、电物系教授林志忠提到,“轨道近藤效应(orbital Kondo effect)”是基础科学问题,能否有应用及产学价值目前尚未明朗,“但交大低温物理实验室追求发现科学新知识、贡献人类文明”。

林志忠说,“近藤效应”是日本物理学家近藤淳(Jun Kondo)为了解1930年代被荷兰科学家W. J. de Haas等人发现的含有微量磁性杂质金属中的低温电阻上升现象,于1964年提出的理论,因此以他命名并写入凝态物理教科书中;1976年近藤教授再接再厉,率先构思不含磁性杂质的“轨道近藤效应”理论概念。

他表示,法国物理学家P. Noziéres等人在1980年首度建构“多通道(multi-channel)近藤效应”理论;匈牙利物理学家A. Zawadowski等人于1983年提出“轨道二通道近藤效应”理论。

这些衔接的深刻理论,都在探索导电物质的最基本特性,试图解开固态物质中众多电子与电子之间的繁复作用如何决定材料本质,是极基础又困难的科学问题。

近期物理学家更体认到,其解答将有助于促进新颖拓朴物质,以及奇异超导体的发现与开发,为适用于制作“量子电脑”的最佳材料。

因此年复一年,各国物理学家对多通道近藤理论及实验持续探索、论证、深化,企图寻找能证实它存在的真实量子材料。历经多年实验,交大低温物理实验室测量到迄今科学文献中最明确、最定量的数据。透过紧密的国际合作,以及立足于各国物理学家的研究基础上另辟蹊径,提出了一套崭新的理论诠释。

论文的所有实验数据都在交大完成,由国际半导体产业学院叶胜玄助理教授、已毕业硕士生连安劭测量;已毕业硕士生苏大冈及廖兆庆制作电子束微影样品元件。

理论解释则与浙江大学德籍Stefan Kirchner教授、波昂大学Johann Kroha教授及伊朗籍博士后研究员Farzaneh Zamani合作,透过紧密的国际合作,为“轨道近藤效应”提出崭新的理论诠释。

国立交通大学验证半世纪的国际性科学探索「轨道近藤效应」
第一作者叶胜玄助理教授(中)、林志忠教授(左)及硕士生于振亚(右)讨论实验过程

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