g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Tepesi ne olduğunu hatırlıyor musun? Bilim adamları, topolojik malzemeleri tanımlamak için bir yöntem icat etti!

Tepesi ne olduğunu hatırlıyor musun? Topolojik malzemelerin ilk teorileştirilmesinden bu yana geçen on yıllarda, bilim adamları, topolojik malzemelerin tekil özelliklerinin (yani, şiddetli sıcaklık değişiklikleri veya yapısal deformasyonlar karşısında bile elektriksel özelliklerini koruyabilen malzemeler) daha fazla enerji tasarrufu sağlayabileceğini öne sürdüler. Yeni tür süperiletkenlerin ve kuantum bilgisayarların geliştirilmesi.

(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)

Ancak sorun, bu özelliklere sahip malzemeleri tanımlamanın çok zor olmasıdır. Bu süreci hızlandırmak için fizik profesörü Ashvin Vishwanath ve meslektaşları, yeni malzemelerin topolojik özelliklerini tanımlamak için etkili yöntemler geliştirmek üzere bir dizi çalışma yürüttü. Araştırması "Nature Communications and Advances in Science" dergisinde yayınlandı ve Massachusetts Institute of Technology'de araştırmacı olan Dr. Adrian Bo ile birlikte yazdı.

İlgili soyut matematiksel kavramları, malzeme keşfinin pratik problemleriyle ilişkilendirmek için bir temel oluşturdu. Bir diğeri, Nanjing Üniversitesi'nden Po, Feng Tang ve Xingangwan ile birlikte Nature dergisinde yayınlandı. İlk günlerde birçok araştırma, bir malzemenin yalıtkan mı yoksa metal mi olduğunu tahmin etmeye odaklandı. Ancak bu topolojik malzemelerin üretilebileceği ancak yaklaşık 10 veya 20 yıl önce anlaşılmıştı. Topolojik malzemeler bu basit ikileme karşı çıkıyor. Örneğin, ince bir metal kaplama ile sarılmış elektriksel olarak yalıtılmış bir iç kısım olabilir. Bu metal kaplamanın varlığı, sistemdeki fiziksel değişikliklere dayanıklılığı içeren matematiksel bir kavram olan topolojik yapı tarafından korunmaktadır. Başka bir deyişle, topolojik yalıtkanın metal kabuğunu çıkarmaya çalışırsanız, aşağıdaki katman aniden metal hale gelecektir.

Bu garip malzemelerin matematiğinin derinlemesine anlaşılması, bu topolojik özelliklere sahip gerçek malzemeler bulmamıza yardımcı olacaktır.Şimdi, insanların bunu yapma şekli daha fazla spekülasyon ... Yapmak istediğimiz şey, ilgilenilen malzemeyi teşhis etmenin etkili bir yolunu bulmaktır. İyi topolojik özelliklere sahip mi? Gerekli olan içgörü, elektronların davranışının, ince desenler halinde bir araya getirilmiş neredeyse sonsuz bir atom dizisi olarak görülebilen, malzemenin kristal yapısının simetrisiyle nasıl iç içe geçtiğine dair iyi bir anlayış sağlar. Başınız 90 derece eğilirse veya aynaya yansıtılırsa, bu desenler genellikle değişmeyecektir. Fizikte bu özelliğe simetri denir. Makalede, Vishwanath ve arkadaşları elektronlar ve simetri arasındaki ilginç etkileşimi sistematik bir şekilde incelediler.

İlk problem, atomların kristalleri oluşturmasının birçok yolu vardır.Kimyasal karmaşıklığı unutsanız bile, elementleri unutsanız, sadece yapıyı ... Sadece simetri göz önüne alındığında atomları 230 şekilde kristaller haline getirebilirsiniz. Karmaşıklık burada bitmiyor, manyetizma eklenirse, bu sayı 230'dan 1651'e dramatik bir şekilde artacaktır. Bu sorunu çözmenin bir yolu, nihai çözüme ulaşmak için tüm olası kombinasyonları test etmektir. Ancak bu, araştırmacılar tarafından aranan topolojik durumların nasıl oluşturulduğuna dair herhangi bir kavrayış sağlamaz. Araştırmacılar farklı bir yaklaşım benimsemişlerdir. Anahtar fikir ... problemi yeniden ifade etmenin etkili bir yolunu bulmaktır, böylece elektronların simetrisi, yüksek boyutlu uzaydaki koordinatlarla eşleştirilebilir.

Bu koordinatlar adres gibidir ve ekip, malzemenin yalıtkan, metalik veya topolojik olup olmadığını belirlemek için simetri göstergeleri (posta kodlarına benzer) kullanabilir. Önemli olan bu "kod" un tanımlanmasının kolay olmasıdır. "Önceden, her manyetik uzay grubunun analizi bir günlük bir yüksek lisans öğrencisi gerektiriyordu. Yeni şema, görevi basit ve otomatik hale getiriyor. Bu, yalnızca yarım gün süren bir dizüstü bilgisayarda tamamlanan 1651 örneğin tamamı. Yeni" Doğa " Araştırma, önceki çalışmalarda ana hatlarıyla belirtilen fikirlere dayanıyor ve bunları topolojik malzeme adaylarını keşfetmek için mevcut malzeme veritabanlarını analiz etmek için kullanıyor. Binlerce malzemenin topolojik özellikleri Bir dereceye kadar bu, simetri indeksinin pratikliğini kanıtlayan ikinci aşamadır.

Bu tamamen bedava bir öğle yemeği değil, kristale bakıp elektronların ne yaptığını ayrıntılı olarak analiz etmeniz değil. Aksine, karmaşık bir sistemin yalnızca küçük bir yönünü görüyoruz, bu yüzden biraz Sherlock Holmes'a benziyor - birkaç ipucundan, aslında bir sistemin birçok özelliğini anlayabilirsiniz. Vishwanath, bu çalışmaların daha fazla karakterize edilebilen ve geniş bir uygulama yelpazesinde potansiyel olarak kullanılabilen bir topolojik malzeme "kütüphanesi" geliştirilmesine zemin hazırlayacağını umduğunu söyledi. Bazı malzemelerin topolojik özelliklere sahip olduğu tahmin edilir, ancak tek bir örnek yoktur Diğer durumlarda, yalnızca bir topolojik durum olabilir ... Ancak, sadece insanların daha önce keşfetmiş olduğu topolojik durumları değil, başka topolojik durumları da isteyebiliriz.