量子材料的獨特性質(zhì)首次得到解釋

普渡大學已經(jīng)確定了一種新型的含鐵材料的特性，該材料被認為在納米技術(shù)和自旋電子學中有未來的應用。

天然材料是拓撲絕緣體，是一種不尋常的三維(3-D)系統(tǒng)，其有趣的特性是在改變電子相時不會顯著改變其晶體結(jié)構(gòu) -例如，與水不同的是，它來自冰液體蒸。更重要的是，該材料具有導電表面，但不導電(絕緣)芯。

但是，一旦將鐵引入本機材料中，在稱為摻雜的過程中，就會出現(xiàn)某些結(jié)構(gòu)重排和磁性，這是通過高性能計算方法發(fā)現(xiàn)的。

物理學和天文學副教授豪爾赫·羅德里格斯(Jorge Rodriguez)說：“這些新材料，即這些拓撲絕緣體，由于它們顯示了新的物質(zhì)狀態(tài)，因此吸引了相當多的關(guān)注。”

羅德里格斯說：“鐵離子的加入帶來了新的磁性能，為拓撲絕緣子帶來了新的潛在技術(shù)應用。” “隨著將諸如鐵離子之類的磁性摻雜劑添加到拓撲絕緣體中，由于拓撲和磁性性質(zhì)的結(jié)合，有望出現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。”

2016年，三位科學家因在相關(guān)材料方面的工作而獲得了諾貝爾物理學獎。

但是，對于含鐵拓撲絕緣子的所有魅力和前景，在納米技術(shù)中使用這些材料需要進一步了解它們的結(jié)構(gòu)，電子和磁性能如何協(xié)同工作。

羅德里格斯說，他的工作使用超級計算機來解釋穆斯堡爾光譜，該技術(shù)可以檢測非常小的結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，以了解其他科學家在鐵系統(tǒng)上的實驗觀察。

“通過在計算環(huán)境中使用量子力學定律，我們能夠使用一種稱為密度泛函理論的建模技術(shù)，它可以解決這種材料的量子力學基本方程，并且我們能夠充分解釋實驗結(jié)果，”羅德里格斯說。“我們首次能夠在Mössbauer光譜學產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)與這種材料的3-D結(jié)構(gòu)之間建立聯(lián)系。對拓撲材料的這種新理解將使工程師更容易在新應用中使用它”。