No fundo de certas moléculas magnéticas, os átomos organizam seus giros em um padrão em espiral, formando estruturas chamadas helimages quirais. Esses padrões de rotação helicoidal intrigam pesquisadores há anos devido ao seu potencial de alojar a eletrônica de próxima geração. Mas a decodificação de suas propriedades permaneceu um mistério – até agora.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia San Diego desenvolveram uma nova abordagem computacional para modelar com precisão e prever essas estruturas de rotação complexas usando cálculos de mecânica quântica. O trabalho deles foi publicado em 19 de fevereiro em Materiais funcionais avançados.
“As estruturas de rotação helicoidal em materiais em camadas bidimensionais foram observadas experimentalmente há mais de 40 anos. Foi um desafio de longa information prever com precisão”, disse Kesong Yang, professor do Departamento de Família Aiiso Yufeng Li de Chemical and Nano Engineering da UC San Diego Jacobs Escola de Engenharia e Autor Sênior da Autor do Estudo. “O período helicoidal no composto em camadas se estende até 48 nanômetros, tornando extremamente difícil calcular com precisão todas as interações elétrons e spin nessa escala”.
Nesta abordagem, os pesquisadores calcularam como a energia complete de um helimagismo quiral muda à medida que a rotação de rotação muda entre camadas sucessivas de átomos. Ao aplicar os cálculos de mecânica quântica dos primeiros princípios, eles foram capazes de mapear as características críticas dessas estruturas em espiral. “Em vez de modelar todo o sistema em uma escala de grande comprimento, optamos por nos concentrar em como a rotação de rotação afeta a energia complete do sistema”, disse o primeiro autor do estudo Yun Chen, um doutorado em nanoengenharia. aluno no grupo de Yang. “Ao usar uma pequena supercélula e projetar configurações de spin otimizadas, conseguimos obter resultados altamente precisos”.
Eles testaram sua abordagem em um grupo de helimages quirais contendo cromo, um steel conhecido por suas propriedades magnéticas. A equipe previu com sucesso três parâmetros principais: The Helix WaveVector, que descreve o quão firmemente os Spins Spiral; o período da hélice, ou o comprimento de uma curva em espiral completa; e o campo magnético crítico, a força de um campo externo necessário para alterar a estrutura do helimagnet.
“Isso é emocionante, porque agora podemos modelar com precisão essas estruturas complexas de spin usando cálculos de mecânica quântica, abrindo novas oportunidades para projetar melhores materiais”, disse Yang.
Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo American Chemical Society Petroleum Analysis Fund sob o prêmio número 65212-ND10. Este trabalho usou o cluster de expansão no San Diego Supercomputer Middle da UC San Diego através da alocação DMR160045 do ecossistema avançado de coordenação de infraestrutura cibernética: Providers & Assist (Entry), que é apoiado pela Nationwide Science Basis (NSF).
