José Flores-Livasจาก Sapienza University of Rome ได้พัฒนาวิธีการทำนายคุณสมบัติของระบบแม่เหล็กโดยใช้วิธีab initio รายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์ในJournal of Physics: Condensed Matterซึ่งจัดพิมพ์โดย IOP Publishing ซึ่งจัดพิมพ์Physics Worldด้วย ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ Flores-Livas อธิบายถึงผลงานนั้น อะไรคือแรงจูงใจในการวิจัย ?
แรงจูงใจคือการพัฒนาอัลกอริธึมการคำนวณโดยใช้
วิธีการทำนายโครงสร้างสำหรับวัสดุประเภทหนึ่งที่ชุมชนศึกษาไม่ดีเนื่องจากความซับซ้อนของวัสดุ: วัสดุแม่เหล็ก วัสดุเหล่านี้เป็นชุดของวัสดุที่กว้างซึ่งมีระดับความอิสระของการหมุนของอิเล็กตรอน ภายในการจำแนกประเภททั่วไปของวัสดุแม่เหล็กนี้ มีสองส่วนย่อยขนาดใหญ่: วัสดุแม่เหล็กอ่อนและแข็ง วัสดุแม่เหล็กอ่อนจะไม่คงสถานะแม่เหล็ก ในขณะที่วัสดุแม่เหล็กแข็งยังคงเป็นแม่เหล็ก แม่เหล็กแบบแข็ง (หรือแม่เหล็กถาวร) เป็นส่วนประกอบสำคัญในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ซึ่งใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ เครื่องใช้ ไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ แต่ยังมีความสำคัญในการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่เช่น ในรถยนต์ไฟฟ้าและกังหันลม
ปัญหาคือเราพึ่งพาแม่เหล็กถาวรสามประเภทเป็นหลัก จุดมุ่งหมายอย่างหนึ่งของงานนี้คือการได้รับข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างโครงสร้างผลึกของแม่เหล็กถาวรกับสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็ก
คุณทำอะไรในงาน? การวิจัยของเราประกอบด้วยการรวมวิธีการกระโดดแบบมินิมา (สำหรับการทำนายโครงสร้าง) กับการคำนวณทางแม่เหล็กหลักอันล้ำสมัยที่ล้ำสมัยเพื่อสแกนหาแม่เหล็กถาวรชนิดใหม่ที่อาจเกิดขึ้น
เราเผชิญกับข้อจำกัดทางเทคนิคมากมาย
ขนาดของเซลล์จำลอง ปัญหาการบรรจบกัน และความซับซ้อนของวัสดุเป็นข้อจำกัดที่สำคัญเสมอมา นี่เป็นงานเชิงคำนวณ/เชิงทฤษฎีที่เราต้องทำการประมาณค่าต่างๆ และพิจารณากรณีที่เรียบง่ายและเป็นที่รู้จักกันดี โดยค่อยๆ พัฒนาไปสู่วัสดุแม่เหล็กที่ท้าทายที่สุด ส่วนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของงานคือวิธีที่เรารวมการคำนวณแบบสองระดับ (สปินและสปิน-โพลาไรซ์) เพื่อเอาชนะค่าโสหุ้ยทางคอมพิวเตอร์ที่มีความต้องการสูง อีกประเด็นหนึ่งที่ทำให้งานน่าสนใจสำหรับงานวิจัยอื่นๆ คือการทำงานอัตโนมัติอย่างไร ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ภายใต้ทฤษฎีเดียวกันสำหรับระบบแม่เหล็กจำนวนมาก ในงานวิจัยนี้ เราตรวจสอบไบนารีเฟสที่ทำจากโลหะทรานซิชัน 3 มิติ เช่น FeNi, FeCo, FeMn และ FeCr
อะไรคือการค้นพบที่น่าสนใจและ/หรือสำคัญที่สุด?
ผลลัพธ์ที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่ง นอกเหนือจากเครื่องจักรคำนวณที่พัฒนาแล้ว ก็คือการที่เราสามารถคาดการณ์ช่วงที่น่าตื่นเต้นของ FeNi ได้ มีการคาดเดากันมากมายเกี่ยวกับเฟสเตตระทาไนต์ของ FeNi ที่แสดงความสามารถที่สำคัญในฐานะแม่เหล็กแข็ง อย่างไรก็ตาม ระยะนี้พบได้เฉพาะในอุกกาบาตเท่านั้น และจากการทดลองพบว่าการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการทำได้ยาก
ในงานนี้ เรารายงานโครงสร้างผลึกที่มีพลังงานต่ำกว่าเฟสเตตระทาไนต์และมีการทำให้เป็นแม่เหล็กอิ่มตัว ( M s ) 1.2 M A/m และพลังงานแอนไอโซโทรปีแม่เหล็ก (MAE) ที่สูงกว่า 1200 k J/ m 3 สิ่งนี้เปรียบเทียบกับแม่เหล็กแข็งที่ล้ำสมัย Nd 2 Fe 14 B ( M s 1.28 M A/m และ MAE 4900 k J/m 3 )
ในทางทฤษฎี ระบบนี้อาจเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการ
ใช้งานแม่เหล็กถาวร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่าไม่มีโลหะหายากและทำจากองค์ประกอบมากมาย ดังนั้น ผลลัพธ์ของการวิจัยของเราจึงดึงดูดให้เพื่อนร่วมงานในการทดลองสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับความหลากหลายในพลังงานต่ำของ FeNi
เหตุใดการวิจัยนี้จึงมีความสำคัญการวิจัยมีความสำคัญเนื่องจากแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะ “เข้าถึง” วัสดุแม่เหล็กจากมุมมองของการคำนวณ มีความเข้าใจผิดในชุมชนว่าการคำนวณหลักการแรกไม่สามารถอธิบายระบบเหล่านี้ได้ทั้งหมด แม้ว่าระบบนี้จะมีรากฐานมาอย่างดีสำหรับปฏิสัมพันธ์ประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ (ระบบที่มีความสัมพันธ์กันอย่างแน่นหนา) แต่ก็มีระบบประเภทอื่นๆ ที่เป็นแม่เหล็กและสามารถอธิบายได้อย่างแม่นยำโดยใช้ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นของ Kohn-Sham
เราหวังว่างานนี้จะช่วยจุดประกายการวิจัยในวัสดุแม่เหล็ก ตั้งแต่ทฤษฎีไปจนถึงการพัฒนาด้านการคำนวณ ไปจนถึงการตรวจสอบเชิงทดลองเพิ่มเติม ส่วนสำคัญของการวิจัยนี้คือความสามารถในการถ่ายโอนวิธีการคำนวณไปยังแอปพลิเคชันประเภทอื่น ในอนาคต เราคาดการณ์ถึงการศึกษาวัสดุทอพอโลยีที่ก่อให้เกิดพลังงานแอนไอโซโทรปีแบบแม่เหล็ก
คุณวางแผนที่จะทำอะไรต่อไป?ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การศึกษาวัสดุทอพอโลยีและสนามแม่เหล็กถือเป็นช่องว่างที่กว้างใหญ่สำหรับการค้นพบปรากฏการณ์ที่น่าตื่นเต้น อย่างไรก็ตาม ในระยะสั้น สิ่งที่เราวางแผนต่อไปคือขยายการศึกษาของเราไปยังวัสดุที่แสดงการต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม ต้องมีการพัฒนาต่อเนื่องก่อนที่จะถึงขั้นนั้น ตัวอย่างเช่น เราจำเป็นต้องหาวิธีลดค่าใช้จ่ายในการคำนวณเพิ่มเติม และค้นหาแนวคิดที่ชาญฉลาดสำหรับการเริ่มต้นโซลูชันต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้ supercells ขนาดใหญ่
T2K ใช้ลำแสงนิวตริโนที่สร้างขึ้นที่ Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) ใน Tokai บนชายฝั่งตะวันออกของญี่ปุ่น โปรตอนที่มีพลังจะโจมตีเป้าหมายที่เป็นกราไฟท์เพื่อสร้างไพออนและคาออน ซึ่งจะสลายตัวเพื่อสร้างมิวออนนิวตริโนและแอนตินิวตรอนของมิวออน แหล่งที่มาสามารถปรับเพื่อสร้างคานที่ส่วนใหญ่เป็นมิวออนนิวทริโนหรือส่วนใหญ่เป็นมิวออนแอนตินิวทริโน
น้ำบริสุทธิ์มาก
นิวตริโนถูกส่งผ่านพื้นดิน (ซึ่งมีความต้านทานเพียงเล็กน้อยต่อนิวตริโน) ไปยัง เครื่องตรวจจับ Super-Kamiokandeใต้ภูเขาในคามิโอกะ ซึ่งอยู่ห่างออกไปเกือบ 300 กม. ทางทิศตะวันตก เครื่องตรวจจับประกอบด้วยน้ำบริสุทธิ์อย่างยิ่ง 50,000 ตัน ซึ่งภายในมีนิวตริโนส่วนเล็ก ๆ จะทำปฏิกิริยากับนิวตรอนเพื่อผลิตแสงเชเรนคอฟซึ่งถูกดักจับโดยหลอดโฟโตมัลติเพลเยอร์จำนวน 13,000 หลอด
Credit : raymperry.com reconstructionnyc.org reginaperry.com richardhenrylee.net rnhperformance.net
