تسمى هذه الطريقة نظرية الكثافة الوظيفية أو DFT. يتم استخدامه في الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد لدراسة التركيب الإلكتروني لأنظمة العديد من الجسم مثل الذرات والجزيئات. DFT هي أداة قوية لإجراء حسابات ab-initio للمواد عن طريق المعالجة المبسطة لتفاعلات الإلكترون. ومع ذلك ، فإن DFT عرضة للتفاعلات الزائفة للإلكترون مع ذاته - وهو ما يشير إليه الفيزيائيون على أنه "مشكلة التفاعل الذاتي" ، مما يؤدي إلى الوصف غير الصحيح للقطارات ، والتي غالبًا ما تكون غير مستقرة.
الفيزيائيون في EPFL طوروا نهجًا جديدًا لحل عيب رئيسي في نظرية راسخة يستخدمها علماء الفيزياء لدراسة تفاعلات الإلكترونات في المواد. لقد أدخلوا صياغة نظرية للتفاعل الذاتي الإلكتروني الذي يحل مشكلة توطين بولارون في نظرية الكثافة الوظيفية.
بكلمات بسيطة ، يمكن للصياغة أن تحل مشكلة التفاعل الذاتي للإلكترون التي طال أمدها عند الدراسة بولارون - أشباه الجسيمات الناتجة عن تفاعلات الإلكترون والفونون في المواد.
حقيقة أن ميكانيكا الكم يمكن أن تمثل الجسيمات والأمواج هي واحدة من خصائصها العديدة. ال فوتونات، الجسيم المرتبط بالضوء ، هو مثال نموذجي.
يمكن اعتبار الإلكترونات على أنها موجات تنتشر عبر النظام بأكمله في هياكل منظمة تعرف باسم البلورات ، والتي ترسم صورة متجانسة للغاية. يتم تنظيم الأيونات بشكل دوري في الفضاء حيث تمر الإلكترونات عبر البلورة. في حالة إضافة إلكترون إلى البلورة ، فإن شحنته السالبة يمكن أن تجعل الأيونات الموجودة حوله تبتعد عن مواضع توازنها. سيتم إنشاء جسيم جديد يسمى بولارون بسبب توطين شحنة الإلكترون في الفضاء والاقتران بالتشوهات الهيكلية المحيطة بالبلورة ، أو "المشابك".
ستيفانو فاليتا في كلية العلوم الأساسية في EPFL محمد"من الناحية الفنية ، البولارون هو شبه جسيم ، يتكون من إلكترون "يرتدي" الفونونات المستحثة ذاتيًا ، والتي تمثل الاهتزازات الكمية للبلورة. ينشأ استقرار البولارونات من المنافسة بين مساهمتين في الطاقة: الكسب بسبب توطين الشحن والتكلفة بسبب تشوهات الشبكة. عندما يزعزع البولارون استقراره ، ينتقل الإلكترون الإضافي إلى النظام بأكمله ، بينما تستعيد الأيونات مواضع توازنها ".
"تتيح طريقتنا الجديدة الوصول إلى ثباتات بولارون دقيقة ضمن مخطط فعال حسابيًا. تمهد دراستنا الطريق لحسابات غير مسبوقة للبولارونات في الأنظمة الكبيرة ، في دراسات منهجية تتضمن مجموعات كبيرة من المواد ، أو في الديناميات الجزيئية التي تتطور على مدى فترات طويلة ".
المرجع مجلة:
- ستيفانو فاليتا ، ألفريدو باسكاريلو. العديد من الجسد والتفاعل الذاتي والقطارات. فيز. القس ليت. 129 ، 126401 ، 14 سبتمبر 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- ستيفانو فاليتا ، ألفريدو باسكاريلو. البولارونات خالية من التفاعل الذاتي للعديد من الأجسام في نظرية الكثافة الوظيفية. فيز. القس ب 106 ، 125119 ، 14 سبتمبر 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevB.106.125119
