Un equipo internacional de físicos, con sede en el Trinity College de Dublín, ha demostrado nuevas ideas en mecánica cuántica que describen el “paisaje energético” de conjuntos de partículas cuánticas. Su trabajo aborda cuestiones de décadas de antigüedad, abriendo nuevas vías para hacer que las simulaciones por computadora de materiales sean más precisas. Esto, a su vez, podría ayudar a los científicos a diseñar una combinación de materiales que podría revolucionar las tecnologías verdes.
Las nuevas ideas acaban de publicarse en una prestigiosa revista. cartas de examen fisico. Los resultados describen cómo cuando cambia la energía de un sistema de partículas (como átomos, moléculas y materia más exótica), cambia su magnetismo y su número de partículas. Al abordar un problema abierto para la simulación de la materia mediante ordenadores, amplía una serie de trabajos emblemáticos que se remontan a principios de los años ochenta.
El trabajo conjunto en lápiz y papel y computacional fue realizado por Andrew Burgess, candidato a doctorado de la Trinity’s School of Physics, en colaboración con el Dr. Edward Linscott y el Dr. David O’Regan, profesor asociado de Física en el Instituto Paul Scherer en Suiza. . Trinidad
Explorar y comprender moléculas y materiales mediante simulaciones por computadora es un campo de investigación maduro y próspero. Tiene un largo historial de éxito a lo largo de décadas, y muchos materiales que se utilizan actualmente se han desarrollado con la ayuda de dichas impresiones. Cuando se estudian sistemas a nivel atómico, las ecuaciones que describen las partículas y sus interacciones son las de la mecánica cuántica.
Estas ecuaciones son exigentes y deben aproximarse para simulaciones prácticas. El arte de hacer que tales aproximaciones sean más confiables y al mismo tiempo mantener manejables los costos computacionales se acerca a 100.Th Año Este trabajo se guía cada vez más por un puñado de “condiciones correctas” conocidas, es decir, reglas absolutas de la teoría cuántica, como las que se encuentran aquí.
Al explicar cómo visualizar lo que descubrió el equipo, el Dr. David O’Regan dice: “Imagínese un valle empinado, donde el suelo no es curvo sino que está formado por mosaicos angulares, como lo haría en un antiguo juego de arcade. donde las imágenes fueron creadas usando polígonos.
“Descubrimos que el perfil de altura en estos valles rotos representa la energía exacta de conjuntos aislados de partículas, como moléculas. Ir directamente hacia arriba por el valle corresponde a cambiar el número de electrones que tiene la molécula juntos, mientras aumenta en todas direcciones . Su magnetismo cumple esta tarea ante los altos estados magnéticos del valle, se sabe que las paredes del valle son empinadas e inclinadas.”
Andrew Burgess, autor principal, explica con más detalle cómo se hizo el descubrimiento y dice: “Trabajando en un problema diferente, necesitaba conocer la forma de este valle de energía para sistemas simples. Buscando en investigaciones publicadas mientras lo hacía, encontré muchas cosas buenas”. gráficos pero para mi sorpresa dejaron de mapear todo el valle, me di cuenta de que los teoremas de la mecánica cuántica existentes se pueden aplicar a sistemas de un solo electrón como El átomo de hidrógeno podría decirme muy poco sobre los lados del valle, en particular, una mecánica cuántica El teorema estaba incompleto.”
El Dr. Edward Linscott, del Laboratorio de Simulación de Materiales de PSI, explicó la importancia de los hallazgos del equipo y añadió: “Comprender la geografía de este paisaje energético puede parecer bastante abstracto y esotérico, pero de hecho, este conocimiento puede ayudar a resolver todo tipo de problemas reales”. – problemas mundiales a medida que nuestros colegas intentan encontrar materiales de próxima generación para paneles solares más eficientes, o catalizadores para un uso de la química industrial más eficiente desde el punto de vista energético, entonces nuestro conocimiento del panorama energético puede incorporarse a los cálculos que realizan y hacer sus predicciones. más preciso y confiable.”
El Dr. O’Regan añadió: “Las diferencias de energía y las pendientes de este paisaje de valle afectan la estabilidad de la materia, la interacción entre la materia y la luz, las reacciones químicas y los efectos magnéticos. Sabiendo que la superficie de todo el valle parece, incluyendo Ya se conoce el alto magnetismo, lo que nos ayuda a construir mejores herramientas para simular materiales complejos, incluso si no son magnéticos.
“Este trabajo está motivado por la necesidad de proporcionar mejores teorías y métodos de simulación para desarrollar materiales para aplicaciones de energía renovable y química. Cuando una batería se está descargando, por ejemplo, se forman átomos de metal que cambian su número de partículas y su magnetismo. Aquí vemos que Nos estamos moviendo hacia el mismo escenario de valle y es una caída de altura, por así decirlo, que proporciona la energía que proporciona la batería, es un ejemplo de simulación aplicada y teoría cuántica abstracta, que hace que cada uno sea dinámico y mejor que el. otro.”
Reflexionando sobre la naturaleza de este tipo de investigación, Burgess añadió: “Este proceso entre la teoría y la simulación práctica es lo que más me gusta de esta área de investigación. Se trata de materiales de cátodos de baterías, por lo que hay mucho en proceso. ¡Todo un trabajo emocionante!”
