Учёные из Калтеха и Йеля разработали метод точного вычисления эффекта Кондо в конкретных реальных материалах — того, что ранее было невозможно сделать без упрощённых моделей. Новый подход работает напрямую с истинной атомной и электронной структурой материала и способен предсказывать поведение сложных систем без обращения к эксперименту, как отмечают авторы публикации.

Этот прогресс может стать важной ступенью на пути к реальным компьютерным симуляциям более сложных квантовых материалов, включая высокотемпературные сверхпроводники. В таких системах поведение одного электрона сильно зависит от соседних частиц, поэтому традиционные приближённые методы часто оказываются недостаточными.

Эффект Кондо появляется в одном из самых простых примеров сильно коррелированных систем: когда магнитная примесь, например железо или марганец, оказывается внутри металла вроде меди. При охлаждении ниже т. к. Kondo температура сопротивление перестаёт снижаться и начинает расти — это и есть «сигнатура» эффекта Кондо, объясняют авторы.

Исследование показало, что расчёты, выполненные методами, изначально разработанными для квантовой химии и применёнными к материалу с примесью, дают существенно более точные результаты. По данным работы, на семи переходных металлах, вставленных в медь, расчёты оказались в два порядка величин точнее стандартных моделей.

Авторы подчёркивают, что речь идёт об эпохе, когда достоверные предиктивные квантовые описания полной химической сложности реальных материалов становятся реальностью. Это создаёт базу для целенаправленного проектирования материалов с участием коррелированных электронов, в том числе для задач вроде высокотемпературной сверхпроводимости, где объем химического пространства велик и конкурируют множество фаз.