As características de um novo, O tipo de material contendo ferro que tem futuras aplicações em nanotecnologia e spintrônica foi determinado na Purdue University.

O material nativo, um isolante topológico, é um tipo incomum de sistema tridimensional (3-D) que tem a propriedade interessante de não alterar significativamente sua estrutura cristalina quando muda as fases eletrônicas - ao contrário da água, por exemplo, que vai do gelo ao líquido e ao vapor. Mais importante, o material tem uma superfície eletricamente condutora, mas um núcleo não condutor (isolante).

Contudo, uma vez que o ferro é introduzido no material nativo, durante um processo chamado doping, certos rearranjos estruturais e propriedades magnéticas aparecem, os quais foram encontrados com métodos computacionais de alto desempenho.

"Esses novos materiais, esses isolantes topológicos, atraíram bastante atenção porque exibem novos estados da matéria, "disse Jorge Rodriguez, professor associado de física e astronomia.

"A adição de íons de ferro introduz novas propriedades magnéticas, dando aos isoladores topológicos novas aplicações tecnológicas em potencial, "Disse Rodriguez." Com a adição de dopantes magnéticos aos isolantes topológicos, como íons de ferro, novos fenômenos físicos são esperados como resultado da combinação de propriedades topológicas e magnéticas. "

Em 2016, três cientistas receberam o Prêmio Nobel de Física por seus trabalhos em materiais relacionados.

Mas, apesar de todo o fascínio e promessa dos isoladores topológicos que contêm ferro, o uso desses materiais em nanotecnologia precisava de um maior entendimento sobre como sua estrutura, propriedades eletrônicas e magnéticas trabalham juntas.

Rodriguez disse que seu trabalho usa supercomputadores para explicar a espectroscopia Mössbauer, uma técnica que detecta configurações estruturais e eletrônicas muito pequenas, para entender o que outros cientistas têm observado experimentalmente em sistemas de ferro.

"Usando as leis da mecânica quântica em um ambiente computacional, fomos capazes de usar uma técnica de modelagem chamada teoria funcional da densidade, que resolve as equações básicas da mecânica quântica para este material, e fomos capazes de explicar completamente os resultados experimentais, "Disse Rodriguez." Pela primeira vez, fomos capazes de estabelecer uma relação entre os dados experimentais produzidos pela espectroscopia Mössbauer, e a estrutura 3-D deste material. Esta nova compreensão do material topológico tornará mais fácil para os engenheiros usá-lo em novas aplicações. "

O trabalho foi publicado em Revisão Física B .