来自Paul Scherrer研究所PSI和布鲁克海文国家实验室(BNL)的研究人员在一个国际团队中工作，他们开发了一种用于复杂x射线研究的新方法，这将有助于更好地理解所谓的相关金属。
这些材料在超亚博网站下载导、数据处理和量子计算机等领域的实际应用可能非常有用。今天，研究人员在杂志上发表了他们的研究成果物理评论X．
在硅或铝等物质中，电子的相互排斥力几乎影响了材料特性。不是所谓的相关材料，其中电子彼此强烈相互作用。亚博网站下载一种电子以相关材料的运动导致另一电子的复合物和协调反应。正是如此耦合的过程，使这些相关材料使得具有实际应用的承诺，同时理解这么复杂。亚博网站下载
强相关材料是新型高温超导体的候选材料，这亚博网站下载种材料可以无损耗导电，并用于医学，例如磁共振成像。它们还可以用来制造电子元件，甚至量子计算机，数据可以更有效地处理和存储。
“紧密相关的材料显示出大量迷人的现象，”亚博网站下载PSI新型物料集团光谱头主管Thorsten Schmitt说：亚博网站下载“然而，理解和利用这些现象背后的复杂行为仍然是一个重大挑战。”施密特和他的研究小组借助他们使用PSI的瑞士光源SLS的强烈和极其精确的X射线辐射来解决这项任务。近年来PSI进一步发展的现代技术称为谐振非弹性X射线散射，或短的rix。
x射线激发电子
在RIXS中，软x射线从样本上散射。入射的x射线束被调整成这样一种方式，它将电子从低电子轨道提升到高电子轨道，这意味着特殊的共振被激发。这使系统失去了平衡。各种电动力学过程使它回到基态。一些多余的能量以x射线的形式再次释放出来。这种非弹性散射辐射的光谱提供了有关基本过程的信息，从而提供了材料电子结构的信息。
“近年来，rixs已发展成为解读相关材料复杂性的强大实验工具，”亚博网站下载施密特解释道。特别是当用于研究相关绝缘体时，它工作得非常好。然而，到目前为止，这种方法在探测相关金属方面还不成功。它的失败是由于解释在散射过程中许多不同的电动力学过程所引起的极其复杂的谱的困难。施密特解释说:“在这种联系中，与理论家的合作是必不可少的，因为他们可以模拟实验中观察到的过程。”
相关金属计算
这是美国的理论物理学家Keith Gilmore的专业，以前在美国布鲁克海文国家实验室（BNL），现在在柏林的Humboldt University。“计算相关金属的RIXS结果很困难，因为你必须同时处理多个电子轨道、大带宽和大量电子相互作用，”Gilmore说。相关的绝缘体更容易处理，因为涉及更少的轨道;这允许明确地包括所有电子的模型计算。准确地说，Gilmore解释说：“在我们描述RIXS过程的新方法中，我们现在将来自一个电子的激发和所有其他电子的协同反应的贡献结合起来。”
为了测试计算，PSI研究人员实验到了BNL Scientics Jonathan Pelliciari作为他在PSI博士论文的一部分进行调查的物质：钡 - 铁 - 砷化物。如果将特定量的钾原子添加到材料上，则它变为超导。它属于一类非传统的高温铁基超导体，这些超导体预计将更好地了解该现象。“到目前为止，RIXS对这类复杂材料的测量结果的解释主要是由直觉指导的。亚博网站下载现在，RIXS的计算为我们这些实验人员提供了一个框架，使我们能够更实际地解释结果。我们在PSI下对钡-铁砷化物的RIXS测量结果与计算剖面非常吻合。”Pelliciari说。
实验与理论的组合
在实验中，研究人员研究了铁原子周围的物理现象。“rixs的一个优点是您可以专注于特定的组件，并详细检查包含多个元素的材料，”亚博网站下载施密特说。调谐的x射线束使铁原子内部的电子从核心能级的基态上升到仅部分占据的更高能级价带。核心电子的初始激发可以引起进一步的二次激发，并触发许多复杂的衰变过程，最终表现在光谱卫星结构中。(见图表)。
由于许多反应的贡献有时是小而彼此靠近，因此很难找出实际在实验中发生的过程。在这里，实验和理论的组合有助于。“如果你对困难的实验没有理论支持，你就无法理解整个过程，也就是说，物理学的细节，“施密特说。同样适用于理论：“你往往不知道哪些理论是现实的，直到你可以用实验比较。在实验和理论汇集时，理解的进步来临。因此，这种描述性方法具有潜在的潜在能够成为光谱实验解释的参考相关金属。“
这个国际团队已经在该杂志上发表了他们的研究成果物理评论X．
来源:https://www.psi.ch/en