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【原】這種量子材料的獨特性質,首次解釋清楚了!還顯示出新的物質狀態

來源:用戶 博科園 收藏 編輯:王阿強

普渡大學科學家已經確定了一種新型含鐵材料特性,這種材料被認為在納米技術和自旋電子學中有未來的應用。天然材料,拓撲絕緣體,是一種不同尋常的三維(3-D)系統,具有有趣的特性,當它改變電子相時不會顯著改變其晶體結構,不像水,例如,水從冰到液體再到蒸汽。更重要的是,這種材料有一個導電的表面,但有一個不導電(絕緣)的核心。然而,一旦鐵被引入到天然材料中,在被稱為摻雜的過程中,某些結構重排和磁性就會出現,這些都是通過高性能計算方法發現的。

物理學和天文學副教授Jorge Rodriguez說:這些新材料,這些拓撲絕緣體,已經吸引了相當多的注意,因為它們顯示出新的物質狀態。鐵離子的加入引入了新磁性,給拓撲絕緣體帶來了新的潛在技術應用。隨著磁性摻雜劑(如鐵離子)添加到拓撲絕緣體中,由于拓撲和磁性的結合,預計會出現新物理現象。2016年,三名科學家因在相關材料上的工作而獲得諾貝爾物理學獎。

但是,對于含鐵拓撲絕緣體的所有魅力和希望,這些材料在納米技術中的使用需要進一步了解結構、電子和磁性如何協同工作。研究工作使用超級計算機來解釋莫斯鮑爾光譜學,這是一種探測非常小的結構和電子配置技術,以了解其他科學家一直在對鐵系統進行實驗觀察。通過在計算環境中使用量子力學定律,研究人員能夠使用一種稱為密度泛函理論的建模技術,它解決了這種材料的量子力學基本方程,所以能夠充分解釋實驗結果。

研究人員第一次能夠在M?ssbauer光譜學產生的實驗數據和這種材料三維結構之間建立關系,這種對拓撲材料的新理解將使工程師更容易在新應用中使用它,其研究發現發表在《物理評論B》期刊上。M?ssbauer光譜可以探測含鐵系統的幾個局部結構,電子和磁特性。然而,為了在這些性質和系統的幾何結構之間建立直接關系,需要通過電子結構計算來分析實驗的M?ssbauer參數,研究在拓撲絕緣體中鐵取代基的結構、電子和磁效應。

博科園|研究/來自:普渡大學

參考期刊《物理評論B》

DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165113

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