Bei der Herstellung in einer oder zwei Dimensionen können Teilchensysteme, deren Quantenspins miteinander interagieren, einige einzigartige Quanteneigenschaften aufweisen. Durch neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in Das European Physical Journal B, Asif Iqbal und Baidur Rahaman von der Aliah University in Kalkutta, Indien, haben eine neue theoretische Technik zur Berechnung der Strukturen und Wechselwirkungen entwickelt, die in diesen einzigartigen Materialien stattfinden. Ihr Ansatz könnte den Weg für fortschrittliche neue Supraleiter ebnen, durch die elektrische Ströme ohne Widerstand fließen können.
Spinsysteme fungieren als Zwischenprodukt zwischen ein- und zweidimensionalen Systemen und weisen einige einzigartige Quantenverhalten auf. Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen, zu den interessantesten gehören Drehleitern. Diese bestehen aus eindimensionalen Teilchenketten, deren Quantenspins, einzeln als Beine bezeichnet, durch ihre Quantenwechselwirkungen miteinander verbunden sind und so die Sprossen der Leiter bilden. Entscheidend ist, dass sich Spinleitern unterschiedlich verhalten, je nachdem, ob die Anzahl ihrer Beine ungerade oder gerade ist.
Kürzlich haben Physiker herausgefunden, dass die Supraleitung in Spinleitern durch sorgfältiges Einbringen von Verunreinigungen in ihre chemischen Strukturen verbessert werden kann. In ihrer Studie stützten sich Iqbal und Rahaman auf diese Forschung, um ein Material mit der Formel Cu2(SeO3)F2 zu untersuchen. Diese Verbindung ist eine bekannte antiferromagnetische Spinleiter, was bedeutet, dass die Spins benachbarter Atome in der Leiter abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen zeigen müssen.
Die Berechnungen des Teams stützten sich auf die Dichtefunktionaltheorie: eine in der Quantenmechanik weit verbreitete Methode zur Untersuchung elektronischer Strukturen, die auf dem Konzept basiert, dass die Gesamtenergie eines Systems mit der Verteilung seiner Elektronen verknüpft werden kann. Mit diesem Ansatz fanden Iqbal und Rahaman heraus, dass die Modellierung des Materials nach ersten Prinzipien seine chemischen und strukturellen Eigenschaften genau reproduzieren konnte – und zeigten, wie sich Cu2(SeO3)F2 wie eine Spinleiter mit einer geraden Anzahl von Beinen und schwachen Wechselwirkungen zwischen benachbarten Spins verhält.
Die Forscher hoffen, dass ihr Ansatz anderen dabei helfen könnte, fortschrittliche neue Supraleiter einfacher zu entwickeln, was möglicherweise zu Fortschritten in Spitzenforschungsbereichen wie Quantencomputing führen könnte.
Mehr Informationen:
Asif Iqbal et al., Elektronische Struktur und mikroskopisches Modell von Cu2(SeO3)F2: eine 2-D-AFM-Leiterverbindung, Das European Physical Journal B (2023). DOI: 10.1140/epjb/s10051-023-00514-1