Mokslo ir technologijų pasaulis

Tarpdisciplininė mokslininkų grupė iš Masačiusetso technologijų instituto bei Ispanijos pasiūlė naują matematinį metodą, skirtą elektronų elgsenos modeliavimui nekristalinėse medžiagose. Nekristalinės medžiagos gali vaidinti svarbų vaidmenį naujuose įrenginiuose, taip pat ir saulės elementuose, organiniuose šviestukuose bei lanksčiose elektroninėse grandinėse.

Naujasis metodas naudoja matematinį modelį, kuris anksčiau nebuvo taikomas fizikoje bei chemijoje. Nors metode naudojamos aproksimacijos, o ne tikslūs sprendiniai, tačiau gauti rezultatai su dideliu tikslumu atitinka elektronų savybes nekristalinėse medžiagose. Mokslininkų darbas atspausdintas prestižiniame „Physical Review Letters“ žurnale.

Jiahao Chen, kuris yra pagrindinis straipsnio autorius ir yra podoktorantūrinėje stažuotėje Masačiusetso technologijų instituto Chemijos departamente, sakė, kad naujojo metodo kūrime dalyvavo grupė fizikų, chemikų ir matematikų iš instituto bei kompiuterių mokslininkų iš Madrido universiteto (Universidad Autónoma de Madrid). Darbe buvo pritaikyta matematinė idėja, žinoma laisvosios tikimybės (angl. free probability), kuri naudojama atsitiktinėse matricose, pavadinimu. „Atsitiktinės matricos teorija leido mums suprasti, kaip netvarka medžiagose veikia elektrines jos savybes“ – paaiškino Chen.

Tiriant elektronines medžiagų savybes dažniausiai skaičiuojami dydžiai, kurių grupė sudaro matricas, tai yra skaičius stulpeliuose ir eilutėse. Skaičiai matricoje atitinka elektronų energijas ir sąveikas tarp elektronų. Norint nustatyti, kaip fizikiniai pokyčiai, tokie kaip temperatūros padidėjimas ar priemaišų pridėjimas, paveiks medžiagos savybes, reikia perskaičiuoti kiekvieną matricos skaičių. Netvarkiose medžiagose, kuriose skaičių vertės nėra tiksliai žinomos, tai yra labai sudėtinga matematinė problema. „Atsitiktinės matricos teorija leidžia gauti atsakymą paprasčiau, – pabrėžė Chen. – Naudojamas tikimybės pasiskirstymas vietoje tikslių verčių skaičiavimo“.

„Gauti rezultatai yra tik pirmas žingsnis, nors ir daug žadantis, link žymiai sudėtingesnių modelių“, – paaiškino Chen. Metodo praplėtimas galėtų būti pritaikytas skaitmeniškai modeliuojant naujos kartos saulės elementams naudojamas medžiagas bei pačius prietaisus.

Teorinės ir biofizikinės chemijos bei cheminės fizikos profesorius Davidas Leitneris iš Nevados universiteto (University of Nevada at Reno), nedalyvavęs aprašytame darbe, mano, kad jis turi didelį pritaikymo potencialą. Tačiau svarbiausia, ar pavyks praplėsti metodą sudėtingesnėms sistemoms, nes darbe metodas taikomas vienmatėms sistemoms.