Les caractéristiques d'un nouveau, Un type de matériau contenant du fer qui aurait des applications futures en nanotechnologie et en spintronique a été déterminé à l'Université Purdue.

La matière native, un isolant topologique, est un type inhabituel de système tridimensionnel (3D) qui a la propriété intéressante de ne pas modifier de manière significative sa structure cristalline lorsqu'il change de phase électronique - contrairement à l'eau, par exemple, qui passe de la glace au liquide à la vapeur. Plus important, le matériau a une surface électriquement conductrice mais un noyau non conducteur (isolant).

Cependant, une fois le fer introduit dans le matériau natif, au cours d'un processus appelé dopage, certains réarrangements structurels et propriétés magnétiques apparaissent qui ont été trouvés avec des méthodes de calcul haute performance.

« Ces nouveaux matériaux, ces isolants topologiques, ont beaucoup attiré l'attention car ils présentent de nouveaux états de la matière, " a déclaré Jorge Rodriguez, professeur agrégé de physique et d'astronomie.

"L'ajout d'ions fer introduit de nouvelles propriétés magnétiques donnant aux isolants topologiques de nouvelles applications technologiques potentielles, " Rodriguez a déclaré. "Avec l'ajout de dopants magnétiques aux isolants topologiques, comme les ions fer, de nouveaux phénomènes physiques sont attendus en raison de la combinaison de propriétés topologiques et magnétiques. »

En 2016, trois scientifiques ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur des matériaux connexes.

Mais malgré toute la fascination et la promesse des isolants topologiques contenant du fer, l'utilisation de ces matériaux en nanotechnologie nécessitait une meilleure compréhension de la façon dont leur structure, les propriétés électroniques et magnétiques fonctionnent ensemble.

Rodriguez a déclaré que son travail utilise des superordinateurs pour expliquer la spectroscopie Mössbauer, une technique qui détecte les très petites configurations structurelles et électroniques, comprendre ce que d'autres scientifiques ont observé expérimentalement sur les systèmes ferreux.

"En utilisant les lois de la mécanique quantique dans un cadre informatique, nous avons pu utiliser une technique de modélisation appelée théorie de la fonctionnelle de la densité, qui résout les équations de base de la mécanique quantique pour ce matériau, et nous avons pu expliquer pleinement les résultats expérimentaux, " a déclaré Rodriguez. " Pour la première fois, nous avons pu établir une relation entre les données expérimentales produites par la spectroscopie Mössbauer, et la structure 3-D de ce matériau. Cette nouvelle compréhension du matériau topologique permettra aux ingénieurs de l'utiliser plus facilement dans de nouvelles applications."

L'ouvrage a été publié en Examen physique B .