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Nel 2016 il premio Nobel per la fisica venne assegnato a David J. Thouless, Duncan Haldane e John M. Kosterlitz per gli studi teorici sulle transizioni di fase topologiche e sulle fasi topologiche della materia, studiando i passaggi che avvengono nella materia quando passa da uno stato a un altro.

La Purdue University ha completato un nuovo studio, pubblicato su Physcal Review B, portando oltre la ricerca valsa il nobel 2016, individuando caratteristiche di un un nuovo tipo di materiale contenente ferro che si pensa possa avere applicazioni future nella nanotecnologia e nella spintronica (spin electronics).

I ricercatori, attraverso metodi computazionali ad alte prestazioni, hanno notato che introducendo del ferro in un materiale naturale, un isolante topologico, questo presenta alcuni cambiamenti strutturali nonchè nuove proprietà magntiche. Questo evidentemente grazie alla sua proprietà di non cambiare in modo significativo la sua struttura quando cambia fasi elettroniche oltre ad avere una superficie elettricamente conduttiva ma un nucleo non conduttivo.

Questi nuovi materiali, questi isolanti topologici, hanno attirato molta attenzione perché mostrano nuovi stati della materia“, ha dichiarato Jorge Rodriguez, professore associato di fisica e astronomia. “L’aggiunta di ioni di ferro introduce nuove proprietà magnetiche dando agli isolatonti topologici nuove potenziali applicazioni tecnologiche. Si prevedono nuovi fenomeni fisici come risultato della combinazione di proprietà topologiche e magnetiche“.

Rodriguez a affermato anche che per il suo lavoro ha utilizzato supercomputer per spiegare la spettroscopia di Mossbauer er comprendere cil che altri scienziati hanno osservato sperimentalmente sui sistemi di ferro.

Usando le leggi della meccanica quantistica in un ambiente computazionale, siamo stati in grado di utilizzare una tecnica di modellazione chiamata Density Functional Theory, DFT (letteralmente teoria funzionale della densità) che rispetto a questo materiale riesce a risolvere le equazioni di base della meccanica quantistica e siamo stati in grado di spiegare completamente i risultati sperimentali” Ha affermato Rodriguez. “Per la prima volta siamo stati in grado di stabilire una relazione tra i dati sperimentali prodotti dalla spettroscopia di Mössbauer e la struttura tridimensionale di questo materiale. Questa nuova comprensione del materiale topologico renderà più semplice agli ingegneri il suo utilizzo in nuove applicazioni“.

Approfondimenti: 

Jorge H. Rodriguez. Mössbauer parameters of Fe57 substituents in the topological insulator Bi2Se3, Physical Review B (2019). DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165113