Un atome avec son propre moment magnétique intégré dans un matériau hôte non magnétique, perturbant le flux d'électrons.Une impureté magnétique est un atome étranger possédant son propre moment magnétique intrinsèque (comme le fer ou le cobalt), inséré dans un hôte métallique non magnétique, tel que le cuivre ou l'or. Ce défaut apparemment simple a des conséquences profondes : il perturbe l'écoulement ordonné des électrons, provoquant une résistance électrique anormale qui atteint un minimum à basse température — une énigme qui a résisté à toute explication pendant des décennies. La présence de telles impuretés est la clé pour comprendre l'effet Kondo, un phénomène quantique à plusieurs corps où les électrons de conduction forment un nuage corrélé autour de l'impureté, écrantant son moment magnétique.
Le minimum de résistance anormal a été observé expérimentalement dans les années 1930, mais c'est Jun Kondo qui, en 1964, a fourni l'explication théorique du mécanisme de diffusion, donnant son nom à l'effet. La solution complète non perturbative est venue plus tard avec l'ansatz de Bethe et les approches de groupe de renormalisation dans les années 1970 et 1980.
Dans un métal normal, les électrons de conduction se déplacent librement, et la résistance diminue lorsque la température baisse. Mais une impureté magnétique agit comme un spin localisé qui peut basculer, diffusant les électrons d'une manière qui devient plus efficace à mesure que le mouvement thermique ralentit. À basse température, les électrons et le spin de l'impureté s'intriquent dans un état singulet collectif, ce qui augmente effectivement la section efficace de diffusion et fait que la résistance se stabilise ou même augmente. C'est un effet purement quantique à plusieurs corps, nécessitant l'interaction simultanée de nombreux électrons avec l'impureté.
Les impuretés magnétiques sont au cœur de la spintronique et de la recherche sur les points quantiques, et comprendre leur comportement est crucial pour concevoir des dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique où une seule impureté peut dominer les propriétés de transport.
L'effet Kondo, causé par les impuretés magnétiques, peut être utilisé pour « peser » un spin électronique unique : l'ampleur du changement de résistance révèle la magnitude du spin, une technique désormais utilisée en microscopie à effet tunnel pour sonder des atomes individuels.
