Неупорядоченные материалы, рассматриваемые в этом исследовании, состоят из сетей атомов, которые соединены случайным образом, в отличие от регулярного выравнивания атомов внутри кристалла. Они обнаруживаются, например, в аморфных твердых телах, таких как стекло, а также в биологических тканях, состоящих из совокупности клеток. Случайная организация атомов резко влияет на электрическую проводимость на квантовом уровне.Для изучения конкретных характеристик электропроводности авторы провели крупномасштабное компьютерное моделирование.
Сначала они создали модельные решетки со случайным образом расположенными атомами и связями. Затем они вычислили функцию, описывающую движение электронов по этим решеткам, известную как квантово-механические волновые функции.
Если эти волновые функции распространяются, материал является проводником, если они остаются локализованными, это изолятор.Между прочим, более пятидесяти лет назад Филип Андерсон показал, что примеси и дефекты могут превращать материалы из металлических проводников в изоляторы.Когда материал находится прямо на пороге между проводником и изолятором, волновые функции электронов имеют весьма своеобразную пространственную структуру, как показывают Пушманн и его коллеги.
В самом деле, это мультифракталы — переплетенные наборы разных фракталов, каждый из которых имеет свое измерение. Вычислив и проанализировав спектр этих измерений, они получили отпечаток его пространственной структуры.
Это, в свою очередь, открыло дверь к пониманию того, как беспорядок превращает материал из проводника в изолятор.