Давно известен эффект Кондо, связанный со взаимодействием электронов проводимости немагнитного металла с магнитной примесью. Эффект Кондо был обнаружен еще в первой половине прошлого века как аномальная зависимость сопротивления немагнитных металлов с относительно небольшой добавкой магнитных примесей (атомов переходных или редкоземельных элементов) от температуры. Обычно, при понижении температуры проводимость металлов увеличивается и стремится к постоянному пределу. Это объясняется тем, что с понижением температуры уменьшается рассеяние электронов на фотонах, при достаточно низких температурах проводимость определяется рассеянием электронов на статических примесях в металле, которое практически не зависит от температуры. Однако, для металлов с магнитными примесями проводимость вела себя странно: после первоначального роста, начиная с некоторой температуры она начинала понижаться. Традиционный эффект Кондо связан с обменным взаимодействием электронов проводимости металла с магнитной примесью. При низких температурах обменное взаимодействие электронов проводимости с примесным ионом велико и приводит к компенсации магнитного момента иона - вокруг него образуется "облако" экранирующих электронов. Из-за взаимодействия с магнитной примесью плотность электронных состояний вблизи уровня Ферми (уровень Ферми отделяет заполненные электронные состояния от незаполненных при нулевой температуре) претерпевает изменения. Особенности в плотности состояний проводящих электронов могут быть обнаружены с помощью туннельной спектроскопии, т.е. при регистрации вольт-амперных характеристик туннельных переходов, содержащих соответствующий материал (процессы туннелирования непосредственно связаны с плотностью электронных состояний). Особенности на вольт-амперных характеристиках, хорошо выделяющиеся при дифференциальной регистрации, являются отражением тех или иных особенностей плотности состояний. Помимого обычного эффекта Кондо было предсказано также существование орбитального эффекта Кондо для поверхностей ферромагнитных материалов (в отсутствии примесей). Подразумевается, что электроны проводимости взаимодействуют с поверхностными электронными состояниями, ответственными за образование химических связей. Удалось наблюдать этот эффект. Эксперименты проводились на атомно-чистой поверхности хрома (100) с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При измерении dV/dI была обнаружена особенность вблизи (на 26 мэВ выше) поверхности Ферми. Сканирующая туннельная микроскопия позволяет проводить измерения с очень высоким пространственным разрешением, и для исследования природы данной особенности были проведены измерения вблизи немагнитного примесного атома (атомы были введены специально), присутствие которого вызывает локальное возмущение плотности состояний. Ученые обнаружили в окрестности примесного атома крестообразную аномалию, связанную с подавлением поверхностных орбитальных состояний, ее симметрия отвечает симметрии волновых функций поверхностных состояний. На основании полученных данных и рассмотрения многоэлектронной задачи авторы утверждают, что в их экспериментах действительно наблюдался орбитальный эффект Кондо. На рисунке показаны данные сканирующей туннельной микроскопии - вблизи примесного атома наблюдается крестообразное затемнение, связанное с изменением локальной плотности состояний, видно "затемнение", не удивительно - это как бы "негатив": на всей остальной поверхности существует резонанс, связанный с орбитальным эффектом Кондо, а в окрестности примесного атома он отсутствует.

Рассмотренные механизмы рассеяния приводят к заключению, что при понижении температуры сопротивление падает или (при низких температурах) остается постоянным. Однако, сопротивление некоторых немагнитных материалов, например, на основе золота, серебра, меди, алюминия и т.д., в присутствии магнитных примесей переходных элементов (Fe, Cr, Co, V) или редкоземельных (Ce, Yb, Tm) элементов, наблюдается обратный эффект, а именно, при понижении температуры проходит через минимум и затем растет. Эффект обусловлен антиферромагнитным обменным взаимодействием электронов проводимости немагнитных материала с электронами d- или f-оболочек магнитных примесей. Энергия взаимодействия электрона с такими атомами, помимо обычного члена ∑_IV(r-Ri) содержит член, зависящий от спина электрона проводимости, ∑ , и примеси, S. Этот вклад во взаимодействие запишем в виде

U_s = -(J/n)∑Iσ Sδ(r-Ri).

Здесь σ_S – матрицы Паули. Поскольку, спин S происходит от внутренних оболочек атомов, то взаимодействие считается точечным.

Выражение для Us соответствует физическому процессу рассеяния, при котором спин электрона может перевернуться с одновременным изменением ориентации спина примеси. (При рассеянии электрона на обычном атоме его спин сохраняет свою ориентацию). Коэффициент J имеет размерность энергии (n = N/V введено для нормировки). Как правило, J в несколько раз меньше электронных энергий, в то время как обычное взаимодействие электрона с примесным атомом, не зависящее от спина, имеет порядок μ. В этом случае проводимость

где ρv – вклад обычного потенциального рассеяния, а второй член – спин-обменного, причем ro ρJ_o – результат в первом борновском приближении.

Согласно исследованию физиков  две квантовые точки, соединенные металлическими контактами, могут помочь ученым лучше контролировать эффект Кoндо в экспериментах. Эффект Кондо наблюдается, когда электроны скапливаются вокруг магнитных примесей в полупроводниках, при этом наблюдается корреляция между непарными спинами. Это явление привлекло внимание ученых, поскольку электронные корреляции могут порождать интересное и сложное поведение в веществе. В своей работе ученые продемонстрировали два возможных способа поведения системы из двух квантовых точек. Первый подобен поведению системы с эффектом Кондо, в которой одна квантовая точка «фильтрует» эффект токовводов. Второй способ позволяет изучить системы с псевдо-запрещённой зоной (когда плотность состояний стремится к нулю по степенному закону в окрестностях уровня Ферми) и корреляций в них, а также может помочь ученым в понимании таких структур, как сверхпроводники.

Последняя часть представляет большой интерес для теоретиков и экспериментаторов, исследующих так называемые переходы квантовых фаз, которые происходят в системах, коренным образом изменяющих свое поведение в зависимости от некоторого параметра, при нулевой или близкой к нулю температуры.

Наблюдали образование сверхрешетки адатомов Ce с периодом 32 Ангстрема на поверхности Ag(111). На рис. 1 представлены изображения поверхности, полученные с помощью STM, а на рисунке.2 представлено более детальное распределение электронной плотности вокруг отдельного атома цезия, также полученное с помощью STM. Картина сформирована стоячими волнами, возникающими в результате интерференции поверхностных электронных состояний при рассеянии на адатоме. Именно это и приводит к взаимодействию между атомами Ce. Рассчитанная и измеренная длина волны интерференционной картины близка к периоду сверхрешетки. Другим подтверждением предлагаемого механизма самоформирования служит отсутствие периодической структуры адатомов на поверхности Ag(100), где поверхностные электронные состояния не возникают. Вследствие противоборства двух процессов, оба из которых являются термоактивационными, сверхрешетка образуется только в очень узком диапазоне температур вблизи Т=4.8К. С одной стороны, коэффициент диффузии атомов на поверхности должен быть достаточно высоким, чтобы они уселись в минимумы потенциала, созданные переменной электронной плотностью рис. 2, за разумное время. С другой стороны, повышение температуры приведет к тому, что адатомы будут перескакивать через максимумы потенциала. Поскольку атомы цезия являются магнитными, упомянутое выше рассеяние поверхностных электронов на них должно демонстрировать эффект Кондо. Оценки величины обменного взаимодействия показали, что оно на два порядка слабее прямого кулоновского, поэтому, чтобы проявить его, необходимо снизить температуру до милликельвина. Если бы это удалось, то подобные структуры могли бы служить объектом для исследования двумерных магнетиков. Кроме того, авторы упоминают их возможное применение и в квантовых компьютерах.