Результаты исследования были обнародованы в научном журнале Science. Как правило, при снижении температуры электропроводность металлов только улучшается, так как хаотичное тепловое движение атомов затихает.
Однако даже незначительная концентрация магнитных атомов полностью меняет этот процесс: после перехода через определенный температурный порог сопротивление материала неожиданно начинает увеличиваться.
"Само явление ученым давно понятно – свободные электроны окружают магнитную примесь и "гасят" ее магнитный момент. Самой сложной задачей оставалось вычисление точной температуры, при которой запускается этот эффект в конкретном сплаве, поскольку для этого требуется оценить одновременное поведение огромного массива частиц", – говорится в сообщении.
Для решения проблемы специалисты из Калифорнийского технологического института и Йельского университета адаптировали методы квантовой химии, используемые при моделировании сложных молекул.
Это позволило во всех деталях воссоздать электронное строение внедренного атома внутри металлической кристаллической решетки и установить параметры образующегося квантового состояния.
"Разработанную методику протестировали на семи переходных металлах, помещенных в медно-металлическую матрицу. В большинстве испытаний точность вычислений оказалась на несколько порядков выше по сравнению с классическими моделями, что подтвердилось в ходе сверки с реальными физическими экспериментами", – отметили авторы исследования.
На данном этапе технология опробована на базовых системах, однако в дальнейшем ее планируют применять для анализа сложных квантовых соединений, включая высокотемпературные сверхпроводники.
Главная ценность открытия заключается в возможности прогнозировать физические качества конкретного материала на основе фундаментальных законов физики и его химического состава.
Ранее ученые выяснили, как растительный белок связан с возрастом и здоровьем мышц.