Le caratteristiche di un nuovo, Alla Purdue University è stato determinato un tipo di materiale contenente ferro che si pensa possa avere applicazioni future nella nanotecnologia e nella spintronica.

Il materiale originario, un isolante topologico, è un tipo insolito di sistema tridimensionale (3D) che ha l'interessante proprietà di non cambiare significativamente la sua struttura cristallina quando cambia le fasi elettroniche, a differenza dell'acqua, Per esempio, che va dal ghiaccio al liquido al vapore. Più importante, il materiale ha una superficie elettricamente conduttiva ma un nucleo non conduttore (isolante).

Però, una volta introdotto il ferro nel materiale originario, durante un processo chiamato doping, compaiono alcuni riarrangiamenti strutturali e proprietà magnetiche che sono state trovate con metodi computazionali ad alte prestazioni.

"Questi nuovi materiali, questi isolanti topologici, hanno attirato un po' di attenzione perché mostrano nuovi stati della materia, " ha detto Jorge Rodriguez, professore associato di fisica e astronomia.

"L'aggiunta di ioni ferro introduce nuove proprietà magnetiche dando agli isolanti topologici nuove potenziali applicazioni tecnologiche, " ha detto Rodriguez. "Con l'aggiunta di droganti magnetici agli isolanti topologici, come gli ioni di ferro, nuovi fenomeni fisici sono previsti come risultato della combinazione di proprietà topologiche e magnetiche."

Nel 2016, tre scienziati hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica per il loro lavoro sui materiali correlati.

Ma nonostante tutto il fascino e la promessa degli isolanti topologici contenenti ferro, l'uso di questi materiali nella nanotecnologia necessitava di una maggiore comprensione di come la loro struttura, proprietà elettroniche e magnetiche lavorano insieme.

Rodriguez ha affermato che il suo lavoro utilizza i supercomputer per spiegare la spettroscopia Mössbauer, una tecnica che rileva configurazioni strutturali ed elettroniche molto piccole, per capire cosa altri scienziati hanno osservato sperimentalmente sui sistemi del ferro.

"Utilizzando le leggi della meccanica quantistica in un ambiente computazionale, siamo stati in grado di utilizzare una tecnica di modellazione chiamata teoria del funzionale della densità, che risolve le equazioni di base della meccanica quantistica per questo materiale, e siamo stati in grado di spiegare completamente i risultati sperimentali, " ha detto Rodriguez. "Per la prima volta siamo stati in grado di stabilire una relazione tra i dati sperimentali prodotti dalla spettroscopia Mössbauer, e la struttura 3-D di questo materiale. Questa nuova comprensione del materiale topologico semplificherà l'utilizzo da parte degli ingegneri in nuove applicazioni".

L'opera è stata pubblicata in Revisione fisica B .