Elektronien vuorovaikutuksista todellisissa kvanttimateriaaleissa

Caltechin ja Yalen yliopiston kemiaan erikoistuneet fyysikot ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet, kuinka voidaan tarkasti kvantifioida tärkeä metallien kvantti-ilmiö, Kondo-ilmiö, tietyille todellisille materiaaleille.

Kondo-ilmiö on toiminut kvanttimaailman monikappalemenetelmien testikenttänä vuosikymmeniä mutta itse ilmiön tarkka kuvaus materiaalispesifisesti on edelleen haastavaa ja yleensä se tehdään tehokkaiden mallien avulla.

Monissa tietotekniikoissa käytetyissä materiaaleissa, mukaan lukien puolijohteet, kuten pii, elektronien keskinäiset vuorovaikutukset ovat niin heikkoja, että ne ovat merkityksettömiä kokonaiskäyttäytymisen ymmärtämisen kannalta.

Mutta jotta voidaan oppia lisää kvanttisovelluksissa tarvittavista vahvasti korreloivista materiaaleista, on ratkaisevan tärkeää selvittää, miten elektronit vuorovaikuttavat keskenään ja heijastuvat toisistaan.

Artikkelissaan tutkijat esittävät tuloksia seitsemästä eri kupariin upotetusta siirtymämetalliatomista. Useimpien alkuaineiden kohdalla uuden menetelmän ennusteet ylittivät mallipohjaisten laskelmien tarkkuuden jopa kahdella kertaluokalla.

"Elämme jännittävää aikakautta, jossa todellisten materiaalien täyden kemiallisen monimutkaisuuden luotettavat ennustavat kvanttikuvaukset ovat tulossa ulottuvillemme", Linqing Peng sanoo. "On tulossa realistiseksi ennustaa korreloituneiden elektronien materiaalikohtaista käyttäytymistä ensimmäisten periaatteiden perusteella, jopa joissakin haastavimmissa kvanttimateriaalien luokissa."

"Tämä on tärkeä askel kohti laskennallista materiaalien suunnittelua, joiden toiminnot johtuvat monimutkaisesta korreloidusta fysiikasta, kuten korkean lämpötilan suprajohtavuudesta, jossa suuri kemiallinen tila ja kilpailu monien faasien välillä vaativat ennustavaa teoriaa auttamaan uusien materiaalien kokeellisen etsinnän kohdentamisessa", hän lisää. "Olen innoissani nähdessäni, minkä uusien materiaalien läpimurron tämä teoria mahdollistaa tulevaisuudessa."

Aiheesta aiemmin:

Fyysikot tunnistivat puhtaan metallin resistiivisyyden ylärajan

Elektronit surffaavat fononeilla

Aineen uuden olomuodon äärellä