Descifrar el orden/desorden químico y las propiedades del material a nivel de un solo átomo

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física de la materia condensada
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Los materiales reales contienen defectos y trastornos químicos que afectan sus propiedades.
• Los métodos actuales luchan para vincular las estructuras atómicas 3D de los defectos a las propiedades del material.
• Los cálculos de los primeros principios (como el DFT) necesitan datos atómicos precisos más allá de los modelos promedio.

Objetivo del estudio:

• Para determinar las coordenadas atómicas 3D y las especies químicas en una nanopartícula de hierro-platino.
• Para correlacionar los defectos de los cristales y el orden/desorden químico con las propiedades del material a nivel de un solo átomo.
• Para permitir la entrada directa de datos atómicos experimentales en los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales métodos:

• Determinación de coordenadas atómicas 3D de alta precisión para 6.569 átomos de hierro y 16.627 de platino.
• Identificación de los defectos de los cristales (límites de grano, límites de antifase) y de los defectos puntuales (límites de antipunto, defectos de intercambio).
• Correlación de la estructura atómica con las propiedades del material utilizando DFT.

Principales resultados:

• Se reveló la estructura atómica 3D detallada y la composición química de la nanopartícula.
• Detalle 3D sin precedentes de varios defectos de cristal y trastornos químicos identificados.
• Coordenadas atómicas determinadas experimentalmente utilizadas directamente en el DFT para la predicción precisa de las propiedades (momentos magnéticos, anisotropía).

Conclusiones:

• La combinación de la determinación de la estructura atómica 3D con el DFT avanza en la comprensión de las relaciones estructura-propiedad.
• Los datos atómicos experimentales precisos pueden mejorar directamente el poder predictivo de los cálculos de la mecánica cuántica.
• Este enfoque es crucial para el diseño y la comprensión de materiales con estructuras de defectos complejas.