El método llamado teoría funcional de la densidad o DFT. Se utiliza en física, química y ciencia de materiales para estudiar la estructura electrónica de sistemas de muchos cuerpos como átomos y moléculas. DFT es una poderosa herramienta para realizar cálculos ab-initio de materiales mediante el tratamiento simplificado de las interacciones de electrones. Sin embargo, DFT es susceptible a interacciones espurias del electrón consigo mismo, lo que los físicos denominan el "problema de la autointeracción", lo que lleva a la descripción incorrecta de los polarones, que a menudo están desestabilizados.
físicos en EPFL han desarrollado un nuevo enfoque para resolver una importante deficiencia de una teoría bien establecida que los físicos utilizan para estudiar las interacciones de los electrones en los materiales. Han introducido una formulación teórica para la autointeracción de los electrones que resuelve el problema de la localización de polarones en la teoría funcional de la densidad.
En palabras simples, la formulación podría resolver el antiguo problema de la autointeracción de los electrones al estudiar polarones – cuasipartículas producidas por interacciones electrón-fonón en materiales.
El hecho de que la mecánica cuántica pueda representar partículas y ondas es una de sus muchas peculiaridades. los fotón, una partícula relacionada con la luz, es un ejemplo típico.
Los electrones se pueden percibir como ondas que se propagan por todo el sistema en estructuras ordenadas conocidas como cristales, lo que pinta una imagen muy armoniosa. Los iones se organizan periódicamente en el espacio a medida que los electrones atraviesan el cristal. Si se agrega un electrón al cristal, su carga negativa podría hacer que los iones a su alrededor se alejen de sus posiciones de equilibrio. Se crearía una nueva partícula llamada polarón debido a la carga de electrones que se localiza en el espacio y se acopla a las distorsiones estructurales circundantes del cristal, o "redes".
Stefano Falletta en la Escuela de Ciencias Básicas de la EPFL dijo, Técnicamente, un polarón es una cuasipartícula, formada por un electrón “vestido” por sus fonones autoinducidos, que representan las vibraciones cuantificadas del cristal. La estabilidad de los polarones surge de una competencia entre dos contribuciones de energía: la ganancia debido a la localización de la carga y el costo debido a las distorsiones de la red. Cuando el polarón se desestabiliza, el electrón adicional se deslocaliza en todo el sistema, mientras que los iones restauran sus posiciones de equilibrio”.
“Nuestro nuevo método brinda acceso a estabilidades precisas de polarones dentro de un esquema computacionalmente eficiente. Nuestro estudio allana el camino hacia cálculos sin precedentes de polarones en grandes sistemas, en estudios sistemáticos que involucran grandes conjuntos de materiales o en dinámicas moleculares que evolucionan durante largos períodos”.
Referencia de la revista:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Autointeracción de muchos cuerpos y polarones. física Rev. Lett. 129, 126401, 14 de septiembre de 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Polarones libres de autointeracción de muchos cuerpos en la teoría funcional de la densidad. física Rev B 106, 125119, 14 de septiembre de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
