普渡大學(xué)科學(xué)家已經(jīng)確定了一種新型含鐵材料特性，這種材料被認(rèn)為在納米技術(shù)和自旋電子學(xué)中有未來(lái)的應(yīng)用。天然材料，拓?fù)浣^緣體，是一種不同尋常的三維(3-D)系統(tǒng)，具有有趣的特性，當(dāng)它改變電子相時(shí)不會(huì)顯著改變其晶體結(jié)構(gòu)，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(gè)導(dǎo)電的表面，但有一個(gè)不導(dǎo)電(絕緣)的核心。然而，一旦鐵被引入到天然材料中，在被稱(chēng)為摻雜的過(guò)程中，某些結(jié)構(gòu)重排和磁性就會(huì)出現(xiàn)，這些都是通過(guò)高性能計(jì)算方法發(fā)現(xiàn)的。

物理學(xué)和天文學(xué)副教授Jorge Rodriguez說(shuō)：這些新材料，這些拓?fù)浣^緣體，已經(jīng)吸引了相當(dāng)多的注意，因?yàn)樗鼈冿@示出新的物質(zhì)狀態(tài)。鐵離子的加入引入了新磁性，給拓?fù)浣^緣體帶來(lái)了新的潛在技術(shù)應(yīng)用。隨著磁性摻雜劑(如鐵離子)添加到拓?fù)浣^緣體中，由于拓?fù)浜痛判缘慕Y(jié)合，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)新物理現(xiàn)象。2016年，三名科學(xué)家因在相關(guān)材料上的工作而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

但是，對(duì)于含鐵拓?fù)浣^緣體的所有魅力和希望，這些材料在納米技術(shù)中的使用需要進(jìn)一步了解結(jié)構(gòu)、電子和磁性如何協(xié)同工作。研究工作使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)解釋莫斯鮑爾光譜學(xué)，這是一種探測(cè)非常小的結(jié)構(gòu)和電子配置技術(shù)，以了解其他科學(xué)家一直在對(duì)鐵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。通過(guò)在計(jì)算環(huán)境中使用量子力學(xué)定律，研究人員能夠使用一種稱(chēng)為密度泛函理論的建模技術(shù)，它解決了這種材料的量子力學(xué)基本方程，所以能夠充分解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

研究人員第一次能夠在M?ssbauer光譜學(xué)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和這種材料三維結(jié)構(gòu)之間建立關(guān)系，這種對(duì)拓?fù)洳牧系男吕斫鈱⑹构こ處煾菀自谛聭?yīng)用中使用它，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評(píng)論B》期刊上。M?ssbauer光譜可以探測(cè)含鐵系統(tǒng)的幾個(gè)局部結(jié)構(gòu)，電子和磁特性。然而，為了在這些性質(zhì)和系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)之間建立直接關(guān)系，需要通過(guò)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)分析實(shí)驗(yàn)的M?ssbauer參數(shù)，研究在拓?fù)浣^緣體中鐵取代基的結(jié)構(gòu)、電子和磁效應(yīng)。

博科園｜研究/來(lái)自：普渡大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論B》

DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165113

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