在原子的量子模型中，电子由波函数描述，并以概率分布形式存在于原子核周围，形成“电子云”，其负电荷屏蔽原子核正电荷，使原子保持电中性。电子云具有实际的空间尺度，通常约为埃数量级；由此可以类比提出问题：局域自旋是否也会吸引周围相反方向的电子自旋，形成类似电子云的量子自旋结构？1964年，近藤淳提出Kondo效应，用以解释稀磁合金中的低温电阻反常。该理论认为，金属中的磁性杂质会与传导电子自旋发生反铁磁交换相互作用，导致局域磁矩在低温下被周围大量电子共同屏蔽，形成空间延展的量子多体纠缠态，即“Kondo云”。由于自旋交换作用较弱，Kondo云的尺度可远大于原子尺度，理论上可达微米量级。
然而，Kondo云并不像普通电荷分布那样容易被直接成像。理论上，它通常顺利获得动态自旋关联函数来描述，而这类关联函数在实验中难以直接测量。因此，尽管Kondo效应在量子多体理论、强关联电子体系、非常规超导以及量子信息等领域具有重要意义，金属中“Kondo云”是否真实存在以及如何直接探测，仍然是凝聚态物理中的重要挑战之一。
近期，南宫NG28与北京大学合作，构建出一种镜像对称的超顺排碳管阵列-金属钼条-超顺排碳管阵列器件，他们发现该器件中金属钼条电阻呈现奇特而有趣的温度依赖特性：钼条电阻-温度曲线与钼条宽度密切相关。当钼条宽度在0.3-1.2微米区间内变化时，其电阻-温度曲线中电阻极小值温度虽然不同，但都可以观测到近藤效应，且近藤温度具有类似值107.8 开尔文。当钼条宽度在1.5-3.0微米区间内变化时，同样可以观测到近藤效应，其近藤温度具有类似值15.8开尔文。结合数值重整化群计算，研究人员认为，上述现象来源于Kondo云的两种不同耦合方式。当钼条较宽时，同一边缘上相邻碳纳米管开口端诱导的Kondo云发生边内耦合，形成低Kondo温度平台；当钼条宽度减小至一定尺度后，钼条两侧边缘的Kondo云在空间上发生重叠，形成边间耦合，从而产生高Kondo温度平台。顺利获得在钼条中部引入沟槽、制备单侧碳纳米管阵列-钼器件等对比实验，研究团队进一步验证了边间耦合与边内耦合的物理图像。并在此基础上提出了近藤云绝缘核的概念，并得到了该核尺寸与温度在2-400K区间的依赖关系。
该工作为金属体系中Kondo云及其耦合给予了新的实验证据，表明Kondo云不仅可以顺利获得精心设计的微纳器件进行探测，还可以顺利获得几何结构实现调控。这一发现为理解量子多体关联、自旋纠缠态以及强关联电子输运给予了新的实验平台，也为未来自旋电子学和量子信息器件研究给予了新思路。
该成果以“Observation of Kondo cloud-coupling in a mirrorsymmetric carbon nanotube array-molybdenum structure”为题，发表在《Nature Communications》上。论文的共同第一作者是南宫NG28博士后魏征和北京大学博士后彭志盛、博士生万雨豪。上述研究工作得到了中国科研实验室稳定支持基础研究领域青年团队计划和国家自然科学基金等项目支持。
图说明：a)器件的光学和原子力显微镜结构图。b)器件电阻对钼条宽度及温度的依赖关系。b)钼条宽度0.5,1.2及2.0微米时，电阻-温度曲线。蓝色数据为实验数据，红色为近藤效应的理论模拟。d)近藤温度呈现两个平台，分别对应于近藤云的两种耦合方式。
原文链接：http://doi.org/10.1038/s41467-026-73493-3
