这种量子材料的独特性质，首次解释清楚了！还显示出新的物质状态

毛当归搜

普渡大学科学家已经确定了一种新型含铁材料特性，这种材料被认为在纳米技术和自旋电子学中有未来的应用。天然材料，拓扑绝缘体，是一种不同寻常的三维(3-D)系统，具有有趣的特性，当它改变电子相时不会显著改变其晶体结构，不像水，例如，水从冰到液体再到蒸汽。更重要的是，这种材料有一个导电的表面，但有一个不导电(绝缘)的核心。然而，一旦铁被引入到天然材料中，在被称为掺杂的过程中，某些结构重排和磁性就会出现，这些都是通过高性能计算方法发现的。

物理学和天文学副教授Jorge Rodriguez说：这些新材料，这些拓扑绝缘体，已经吸引了相当多的注意，因为它们显示出新的物质状态。铁离子的加入引入了新磁性，给拓扑绝缘体带来了新的潜在技术应用。随着磁性掺杂剂(如铁离子)添加到拓扑绝缘体中，由于拓扑和磁性的结合，预计会出现新物理现象。2016年，三名科学家因在相关材料上的工作而获得诺贝尔物理学奖。

但是，对于含铁拓扑绝缘体的所有魅力和希望，这些材料在纳米技术中的使用需要进一步了解结构、电子和磁性如何协同工作。研究工作使用超级计算机来解释莫斯鲍尔光谱学，这是一种探测非常小的结构和电子配置技术，以了解其他科学家一直在对铁系统进行实验观察。通过在计算环境中使用量子力学定律，研究人员能够使用一种称为密度泛函理论的建模技术，它解决了这种材料的量子力学基本方程，所以能够充分解释实验结果。

研究人员第一次能够在Mssbauer光谱学产生的实验数据和这种材料三维结构之间建立关系，这种对拓扑材料的新理解将使工程师更容易在新应用中使用它，其研究发现发表在《物理评论B》期刊上。Mssbauer光谱可以探测含铁系统的几个局部结构，电子和磁特性。然而，为了在这些性质和系统的几何结构之间建立直接关系，需要通过电子结构计算来分析实验的Mssbauer参数，研究在拓扑绝缘体中铁取代基的结构、电子和磁效应。
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