Sarah CP Williams, Çikaqo Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriDartılmış hidrogen zənciri üçün hesablanmış zolaq strukturları (d = 1.4 Å). Mənbə: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65846-1

Çikaqo Universitetində hazırlanmış yeni hesablama yanaşması, uzun müddətdir bölünmüş iki elmi perspektivi birləşdirərək dünyanın ən çaşdırıcı materiallarından bəzilərinə – yüksək temperaturlu superkeçiricilərdən günəş batareyası yarımkeçiricilərinə qədər – işıq salmağı vəd edir.

“Onilliklərdir ki, kimyaçılar və fiziklər materiallara baxmaq üçün çox fərqli linzalardan istifadə edirlər. İndi etdiyimiz şey bu perspektivləri bir araya gətirmək üçün ciddi bir yol yaratmaqdır”, – deyə baş müəllif, Kimya kafedrasının və Pritzker Molekulyar Mühəndislik Məktəbinin professoru Riçard və Keti Levental bildirib. “Bu, bizə qeyri-adi xüsusiyyətlərə malik materialları anlamaq və nəticədə dizayn etmək üçün yeni bir alət dəsti verir.”

Bərk cisimlərə gəldikdə, fiziklər adətən geniş, təkrarlanan zolaq strukturları baxımından düşünürlər, kimyaçılar isə elektronların müəyyən molekullarda və ya fraqmentlərdəki lokal davranışlarına diqqət yetirirlər. Lakin üzvi yarımkeçiricilər, metal-üzvi çərçivələr və güclü korrelyasiyalı oksidlər kimi bir çox vacib material hər iki şəkilə tam uyğun gəlmir. Bu materiallarda elektronlar tez-tez material boyunca paylanmaq əvəzinə, təkrarlanan fraqmentlər arasında tullanır kimi düşünülür.

Məqalənin həmmüəllifi Daniel King izah etdi: “Fərdi fraqmentlər üzərində elektronları dəqiq təsvir etmək mümkündür, lakin bu zaman yüklərin material üzərində necə hərəkət etdiyinin qlobal mənzərəsini itirirsiniz. Bizim yanaşmamız dairəni kvadratlaşdırır: siz yerli fraqmentləri modelləşdirirsiniz, eyni zamanda elektronların onların arasında necə keçdiyini də ələ keçirirsiniz.”

Yeni metod, əvvəlcə Tədqiqatçı Köməkçisi Professor Metyu Hermes tərəfindən hazırlanmış Lokallaşdırılmış Aktiv Məkan (LAS) yanaşması adlanan bir çərçivə üzərində qurulur. Komanda, onu dövri bərk maddələrə tətbiq etməklə, lokal kvant kimyasını qlobal zolaq nəzəriyyəsi ilə birləşdirən hibrid bir metod yaratmışdır.

Tədqiqatın nəticələri Nature Communications jurnalında dərc olunub .

Metodun gücünü sübut etmək üçün tədqiqatçılar onu bir neçə çətin sınaq halına tətbiq etdilər. Məsələn, hidrogen zəncirlərini modelləşdirmək uzun müddətdir çətin olub: klassik sıxlıq funksiyası nəzəriyyəsi metodları bu sistemləri metal kimi səhv təsnif edir, daha dəqiq yanaşmalar isə onların izolyator kimi davranmalarını tələb edir. Yeni LAS yanaşması hidrogen zəncirlərindəki elektronların ona izolyator xüsusiyyətlərini necə verdiyini düzgün göstərə bildi.

Başqa bir nümunədə, komanda günəş batareyalarının və kompüter çiplərinin əsas komponenti olan ap-n qovşağını simulyasiya etmək üçün LAS-dan istifadə etdi. Metod, işığın onlara düşdüyü zaman yüklərin necə ayrıldığını və funksiya boyunca necə hərəkət etdiyini ortaya qoydu – bu prosesi əvvəllər qeyd etmək çətin ola bilərdi.

“Prinsipin sübutu olaraq, bu, birinci addımdır”, – deyə Qagliardi Qrupunun dördüncü kurs magistr tələbəsi və həmmüəllif Bhavneş Cangid bildirib. “Biz göstərdik ki, metodumuz düzgün fizikanı yüksək dəqiqliklə əks etdirir. İndi yanaşmanı təkmilləşdirmək üçün onu tətbiq etmək istədiyimiz digər qabaqcıl metodlar da var.”

Tədqiqatçılar öz metodlarını həm mövcud materialları anlamaq, həm də nəticədə yenilərini dizayn etmək üçün bir vasitə kimi təsəvvür edirlər.

Kinq dedi: “Bütün materiallar əslində kvant mexanikasıdır. Bu, kvant mexanikasının gündəlik həyatda istifadə etdiyimiz xüsusiyyətləri necə idarə etdiyini görmək üçün zərif bir addımdır.”

Daha çox məlumat: Daniel S. King və digərləri, Lokal aktiv fəzalarla kvant kimyasında molekullar və materiallar arasındakı boşluğu körpüləmək, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65846-1

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Çikaqo Universiteti tərəfindən təmin edilir