روشی که نظریه تابعی چگالی یا DFT نامیده می شود. این در فیزیک، شیمی و علم مواد برای مطالعه ساختار الکترونیکی سیستم‌های چند بدنه مانند اتم‌ها و مولکول‌ها استفاده می‌شود. DFT ابزاری قدرتمند برای انجام محاسبات اولیه مواد با پردازش ساده برهمکنش های الکترون است. با این حال، DFT مستعد برهمکنش های کاذب الکترون با خود است - چیزی که فیزیکدانان از آن به عنوان "مشکل برهم کنش خود" یاد می کنند که منجر به توصیف نادرست پولارون ها می شود که اغلب بی ثبات می شوند.
فیزیکدانان در EPFL یک رویکرد جدید برای حل یک نقص عمده از یک نظریه تثبیت شده که فیزیکدانان از آن برای مطالعه برهمکنش الکترون ها در مواد استفاده می کنند، توسعه داده اند. آنها یک فرمول نظری برای خود برهمکنش الکترون معرفی کرده اند که مشکل محلی سازی پولارون را در نظریه تابعی چگالی حل می کند.
به عبارت ساده، این فرمول می تواند مشکل دیرینه خود-برهمکنش الکترون را در هنگام مطالعه حل کند پولارون ها - شبه ذرات تولید شده توسط برهمکنش الکترون فونون در مواد.
این واقعیت که مکانیک کوانتومی می تواند ذرات و امواج را نشان دهد یکی از ویژگی های بسیار زیاد آن است. را فوتونیک ذره مرتبط با نور، یک مثال معمولی است.
الکترون ها را می توان به عنوان امواجی درک کرد که در کل سیستم در ساختارهای منظمی به نام کریستال ها پخش می شوند که تصویر بسیار هماهنگی را ترسیم می کند. با عبور الکترون ها از کریستال، یون ها به صورت دوره ای در فضا سازماندهی می شوند. اگر یک الکترون به کریستال اضافه شود، بار منفی آن می تواند باعث شود یون های اطراف آن از موقعیت های تعادلی خود دور شوند. یک ذره جدید به نام پولارون به دلیل بار الکترونی که در فضا قرار می گیرد و با اعوجاج ساختاری اطراف کریستال یا "شبکه ها" جفت می شود، ایجاد می شود.
استفانو فالتا در دانشکده علوم پایه EPFL گفت:، "از نظر فنی، یک پلارون یک شبه ذره است که از الکترونی که توسط فونون های خود القا شده آن "لباس" ساخته شده است، تشکیل شده است که ارتعاشات کوانتیزه شده کریستال را نشان می دهد. پایداری پولارون ها از رقابت بین دو سهم انرژی ناشی می شود: سود ناشی از محلی سازی بار و هزینه ناشی از اعوجاج شبکه. وقتی پلارون بی‌ثبات می‌شود، الکترون اضافی در کل سیستم جابجا می‌شود، در حالی که یون‌ها موقعیت‌های تعادلی خود را باز می‌گردانند.
"روش جدید ما دسترسی به پایداری های دقیق پولارون را در یک طرح محاسباتی کارآمد می دهد. مطالعه ما راه را برای محاسبات بی‌سابقه پولارون‌ها در سیستم‌های بزرگ، در مطالعات سیستماتیک شامل مجموعه‌های بزرگی از مواد، یا در دینامیک مولکولی که در دوره‌های طولانی تکامل می‌یابد، هموار می‌کند.
مرجع مجله:
- استفانو فالتا، آلفردو پاسکوارلو. خود تعاملی چند بدنی و پولارون ها. فیزیک کشیش لت. 129, 126401, 14 سپتامبر 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.126401
- استفانو فالتا، آلفردو پاسکوارلو. پولارون‌ها در تئوری تابعی چگالی از برهمکنش چند جسمی آزادند. فیزیک کشیش بی 106, 125119, 14 سپتامبر 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
