Al explotar las propiedades de los neutrones para sondear electrones en un metal, un equipo de investigadores dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE ha obtenido una nueva visión del comportamiento de los sistemas de electrones correlacionados, que son materiales que tienen utilidadpropiedades como el magnetismo o la superconductividad.
La investigación, que se publicará en ciencia , muestra qué tan bien los científicos pueden predecir las propiedades y la funcionalidad de los materiales, lo que nos permite explorar su potencial para ser utilizados de formas novedosas.
"Nuestra misión del Departamento de Energía es descubrir y luego comprender materiales novedosos que podrían formar la base para aplicaciones completamente nuevas", dijo el autor principal Ray Osborn, científico principal del Grupo de Dispersión de Rayos X y Neutrones de Argonne.
Osborn y sus colegas estudiaron un sistema de electrones fuertemente correlacionado CePd 3 usando la dispersión de neutrones para superar las limitaciones de otras técnicas y revelar cómo cambian las propiedades eléctricas del compuesto a altas y bajas temperaturas.Osborn espera que los resultados inspiren una investigación similar.
"Poder predecir con confianza el comportamiento de los electrones a medida que cambian las temperaturas debería alentar un acoplamiento mucho más ambicioso de los resultados y modelos experimentales que lo que se ha intentado anteriormente", dijo Osborn.
"En muchos metales, consideramos que los electrones móviles responsables de la conducción eléctrica se mueven independientemente unos de otros, solo débilmente afectados por la repulsión electrón-electrón", dijo. "Sin embargo, hay una clase importante de materiales en los que los electroneslas interacciones electrónicas son tan fuertes que no se pueden ignorar "
Los científicos han estudiado estos sistemas de electrones fuertemente correlacionados durante más de cinco décadas, y una de las predicciones teóricas más importantes es que a altas temperaturas las interacciones de electrones causan fluctuaciones aleatorias que impiden su movilidad.
"Se convierten en metales 'malos'", dijo Osborn. Sin embargo, a bajas temperaturas, las excitaciones electrónicas comienzan a parecerse a las de los metales normales, pero con velocidades electrónicas muy reducidas.
En 1985, uno de los coautores, Jon Lawrence, profesor de la Universidad de California en Irvine, había postulado la existencia de este cruce de fluctuaciones aleatorias incoherentes a alta temperatura a estados electrónicos coherentes a baja temperatura.Algo de evidencia en experimentos de fotoemisión, el coautor de Argonne, Stephan Rosenkranz, señaló que es muy difícil comparar estas mediciones con cálculos teóricos realistas porque hay demasiadas incertidumbres en el modelado de las intensidades experimentales.
El equipo, basado principalmente en Argonne y otros laboratorios del DOE, demostró que los neutrones sondean los electrones de una manera diferente que supera las limitaciones de la espectroscopía de fotoemisión y otras técnicas.
Lo que hace posible este trabajo son avances en la espectroscopía de neutrones en la Fuente de neutrones de espalación SNS del DOE en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, una Instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE y la Fuente de neutrones pulsados ISIS del Reino Unido, que permiten mediciones exhaustivas en un amplio rangode energías y transferencias de impulso. Ambos desempeñaron papeles críticos en este estudio.
"Los neutrones son absolutamente esenciales para esta investigación", dijo Osborn. "La dispersión de neutrones es la única técnica que es sensible a todo el espectro de fluctuaciones electrónicas en cuatro dimensiones de momento y energía, y la única técnica que se puede comparar de manera confiable concálculos teóricos realistas en una escala de intensidad absoluta "
Con este estudio, estas mediciones de cuatro dimensiones ahora se han comparado directamente con los cálculos que utilizan nuevas técnicas computacionales especialmente desarrolladas para sistemas de electrones fuertemente correlacionados. La técnica, conocida como Teoría del campo dinámico dinámico, define una forma de calcular propiedades electrónicas que incluyeninteracciones electrón-electrón.
Osborn reconoció las contribuciones de Eugene Goremychkin, un ex científico de Argonne que dirigió el análisis de datos, y el teórico de Argonne Hyowon Park, quien realizó los cálculos. El acuerdo entre la teoría y los experimentos fue "verdaderamente notable", dijo Osborn.
Mirando hacia el futuro, los investigadores son optimistas acerca de cerrar la brecha entre los resultados de los experimentos de física de materia condensada y los modelos teóricos.
"¿Cómo se llega a una etapa en la que los modelos son confiables?", Dijo Osborn. "Este documento muestra que ahora podemos modelar teóricamente incluso sistemas extremadamente complejos. Estas técnicas podrían acelerar nuestro descubrimiento de nuevos materiales".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Ron Walli. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :