2020-09-28 交大驗證「軌道近藤效應」 獲刊著名國際期刊

交大驗證「軌道近藤效應」 獲刊著名國際期刊

旺報 簡立欣

歷經多年實驗,國立交通大學低溫物理實驗室團隊在攝氏零下約270度的極度低溫下,從二氧化銥(IrO2)和二氧化釕(RuO2)奈米線中觀測到「軌道二通道(two-channel)近藤效應」,驗證了持續半個世紀的國際性科學探索。其研究成果獲刊著名國際期刊《Nature Communications》(自然通訊),是迄今科學文獻中最明確、定量的數據紀錄。

交大低溫物理實驗室由物理所及電物系林志忠教授主持。林志忠表示,「軌道近藤效應(orbital Kondo effect)」是基礎科學問題,能否有應用及產學價值目前尚未明朗,「但交大低溫物理實驗室追求發現科學新知識、貢獻人類文明。」

「近藤效應」是日本物理學家近藤淳(Jun Kondo)為了瞭解1930年代被荷蘭科學家W. J. de Haas等人發現的含有微量磁性雜質金屬中的低溫電阻上升現象,於1964年提出的理論,因此以他命名並寫入凝態物理教科書中。1976年近藤教授再接再厲,率先構思不含磁性雜質的「軌道近藤效應」理論概念。1980年法國物理學家P. Noziéres等人首度建構「多通道(multi-channel)近藤效應」理論;1983年匈牙利物理學家A. Zawadowski等提出「軌道二通道近藤效應」理論。這些銜接的深刻理論,都在探索導電物質的最基本特性,試圖解開固態物質中眾多電子與電子之間的繁複作用如何決定材料本質,是極基礎又困難的科學問題。

近期物理學家更體認到,其解答將有助於發現與開發新穎拓樸物質及奇異超導體,是適用於製作「量子電腦」的最佳材料。年復一年,各國物理學家持續探索多通道近藤理論,企圖尋找能證實它存在的真實量子材料。

歷經多年實驗,交大低溫物理實驗室測量到迄今科學文獻中最明確、最定量的數據。透過緊密的國際合作,在各國物理學家的研究基礎上另闢蹊徑,提出一套嶄新理論詮釋。論文的所有實驗數據都在交大完成,由國際半導體產業學院助理教授葉勝玄、已畢業碩士生連安劭測量;已畢業碩士生蘇大岡及廖兆慶製作電子束微影樣品元件;理論解釋與浙江大學德籍Stefan Kirchner教授、波昂大學Johann Kroha教授及伊朗籍博士後研究員Farzaneh Zamani合作,闡釋「國際化奠基於本土化」的高教卓越之路。

巧合的是,Stefan Kirchner近年應聘中國浙江大學,去年受邀至交大訪問,預計今年寒假離台。因新冠肺炎疫情爆發,行程受阻,在台灣多停留半年,正好完成這篇論文的合著與刊登。

論文第一作者、助理教授葉勝玄毅然捨棄台積電高薪高級工程師職位,沉潛基礎科學研究;2017年他在國際頂尖期刊《Science Advances》(科學進展)發表論文,報導他測量到的奈米線中的原子團簇擾動現象造成的低頻噪音,對奈米電子元件的發展和應用有重要意義,並說明了純粹科學與應用科學界線模糊,甚至有時沒有界線。