指望它:凝视在原子结构与铅笔和纸

谁能猜,破解的谜无限小原子排列在先进材料晶体的边缘可能非常简单,比如一个,两个,三个?

晶体表面的分子结构进行建模通常需要强大的计算机,但大学麦迪逊分校的工程师们设计了一个更简单的方法——一个简单的计数用铅笔和纸。开云体育app苹果下载安装开云体育世界杯微信群

简单的策略可以帮助带来超高速计算机芯片基于非硅材料。

“我们惊讶地发现,事实上,如此简单,”说杰森川崎威斯康辛开云体育appios下载大学麦迪逊分校教授材料科学与工程。“有一些很小的调整,我们可以预测结构定量非常准确。”

他们非常准确,他的新预测方法,在《华尔街日报》2018年6月1日发表科学的进步,提供了一个快速和简单的程序为零在前途的材料用于量子计算机等先进的电子技术比传统硅基的机器更快地解决问题。

“之前能够以有趣的方式使用材料为新一代设备,您需要了解如何在表面结构的变化,“川崎说。

准确地预测晶体表面结构是一个长久以来困扰科学家的问题。原子的边缘材料重新整理自己,有时失去电子或磁性。

川崎和他的同事们专注于一种叫做half-Heusler化合物材料,它有几个可调电子和磁性。不幸的是,许多half-Heuslers配对时不进行预测与其他材料或缩减到一个平面上。

“当你没有重组的原子,你可以有大变化的属性,“川崎说。

所有的材料是由原子组成的,在他们的中心核周围瞬息万变的微小的亚原子粒子称为电子。原子可以联系起来,或债券,通过分享他们的一些电子。晶体由许多原子结合在一起,定期安排和重复的模式。这种模式打破了,然而,在晶体表面或接口,留下一些原子没有伙伴和非共享的电子悬空远离散装材料。

刚性内晶体的内部,复杂的模拟可以确定原子安排,但电脑需要最初的最佳猜测配置创建结构预测。

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很长一段时间,最佳猜测在表面不来因为悬空电子的存在导致的数量可能构象飙升。

“正确的工具和正确的理论框架不存在,“川崎说。

正确的理论框架是惊人的简单,由基本的化学知识规则。所有我需要做的是把所有电子的每一个原子的表面,记录所有的电子预测债券,并确定这些数字是否匹配。当所有的电子都占了,可能是稳定结构。如果不是,重新开始。

的计算很简单,川崎可以使用铅笔和纸进行计算。

计数规则适合简单的材料。然而,科学家们认为,金属原子的电子云构成等基本会计half-Heusler材料过于复杂。

川崎和他的同事证明了错误的概念。

“我们发现很多已经开发的一般规则理解结合在简单系统可以映射到这些更复杂的材料,“川崎说。

正确的理论框架是惊人的简单,由基本的化学知识规则。

使用这种方法,川崎和同事预测,证实了表面配置一个重要half-Heusler名为钛钴锑的物质,这是一个潜在的有用的半导体。研究人员测量了晶体表面采用先进的成像技术,注意他们的纸笔的预测与实际原子排列得很整齐的配置。

然后研究人员他们的方法应用于两个half-Heusler化合物,半金属铁磁体,他们计划确定更有前途的材料。

川崎进行晶体生长和测量实验与克里斯Palmstrøm合作,教员在电气和计算机工程和材料科学在加州大学圣芭芭拉分校。开云体育app苹果下载安装

这项研究是由美国能源部支持(DE-SC0014388),美国国家科学基金会(aci - 1053575和dmr - 1053575)和威斯康辛州校友研究基金会。开云体育世界杯微信群