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东京工业大学开发出具有超高对称性的纳米材料,可用于下一代电子设备
2018-09-25 17:24:03   发布者:System

近日,东京工业大学的研究团队从理论上证明,由某些金属组成的特殊四面体纳米结构具有比原子结构的更高的几何对称性。

该新型纳米材料具有独特的电气和磁性特性,将被开发并用于下一代电子设备。

对称性是物理学和化学中最基本的概念之一,可以促进对宇宙的规律的更深入理解。

原子具有球对称性,是最高程度的几何对称性。通常,对称性产生的是高度简并性,即量子能级,可以同时对应于量子系统 中的两个或更多个不同的状态。

简并性能够产生高导电性和磁性,可用于制造新型电子材料。然而,考虑到几何对称性的限制,在已知的物质中,没有比球形原子具有更高的简并度。

但是,如果物质具有不同类型的对称性导致更高程度的退化呢?如何解释这种对称性?

由Kimihisa Yamamoto教授领导的东京工业大学的研究人员,展示了具有这种对称性的金属结构。该团队推断,由特定金属原子(如锌和镁)制成的特殊膨胀四面体结构可能具有一种特殊的对称性,这种对称性不是来自几何性质,而是来自系统的动态特性。

Yamamoto表示:“我们已经证明,具有特定四面体骨架的镁、锌和镉具有比球形对称性更高的异常高度简并。”

该团队利用紧密结合模型分析,通过密度泛函理论计算验证,以确定原子之间的键合相互作用,从而预测动态对称性。

Yamamoto指出:“令人惊讶的是,退化条件可以表示为平方根数列,涉及转移积分的比率。此外,该数列已经被古希腊的Theodorus发现,与材料科学无关。”

该研究表明,可以实现对称度高于球形原子的纳米材料。由这种动态对称性产生的超简并量子态可以有多种方式被利用,例如,设计具有优异导电性或磁性的新材料,从而推动下一代电子器件的开发。

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