Metode yang disebut teori fungsi kepadatan atau DFT. Ini digunakan dalam fisika, kimia, dan ilmu material untuk mempelajari struktur elektronik sistem banyak tubuh seperti atom dan molekul. DFT adalah alat yang ampuh untuk melakukan perhitungan ab-initio bahan dengan perlakuan sederhana dari interaksi elektron. Namun, DFT rentan terhadap interaksi palsu antara elektron dengan dirinya sendiri – yang oleh fisikawan disebut sebagai “masalah interaksi diri”, yang mengarah pada deskripsi yang salah tentang polaron, yang sering kali tidak stabil.
Fisikawan di EPFL telah mengembangkan pendekatan baru untuk memecahkan kelemahan utama dari teori mapan yang digunakan fisikawan untuk mempelajari interaksi elektron dalam bahan. Mereka telah memperkenalkan formulasi teoretis untuk interaksi diri elektron yang memecahkan masalah lokalisasi polaron dalam teori fungsi kerapatan.
Dengan kata sederhana, formulasi tersebut dapat memecahkan masalah interaksi diri elektron yang sudah berlangsung lama saat belajar polaron – kuasipartikel yang dihasilkan oleh interaksi elektron-fonon dalam bahan.
Fakta bahwa mekanika kuantum dapat mewakili partikel dan gelombang adalah salah satu dari banyak kekhasannya. Itu foton, partikel yang berhubungan dengan cahaya, adalah contoh tipikal.
Elektron dapat dianggap sebagai gelombang yang menyebar ke seluruh sistem dalam struktur teratur yang dikenal sebagai kristal, yang melukiskan gambaran yang sangat harmonis. Ion secara berkala diatur dalam ruang sebagai elektron melewati kristal. Jika menambahkan elektron ke kristal, muatan negatifnya dapat membuat ion di sekitarnya menjauh dari posisi kesetimbangannya. Sebuah partikel baru yang disebut polaron akan tercipta karena muatan elektron yang terlokalisasi di ruang angkasa dan bergabung dengan distorsi struktural di sekitar kristal, atau "kisi."
Stefano Falletta di Sekolah Ilmu Dasar EPFL tersebut, "Secara teknis, polaron adalah kuasipartikel, terdiri dari elektron yang "didandani" oleh fonon yang diinduksi sendiri, mewakili getaran kristal yang terkuantisasi. Stabilitas polaron muncul dari kompetisi antara dua kontribusi energi: keuntungan karena lokalisasi muatan dan biaya karena distorsi kisi. Ketika polaron tidak stabil, elektron ekstra terdelokalisasi di seluruh sistem, sementara ion mengembalikan posisi keseimbangannya.
“Metode baru kami memberikan akses ke stabilitas polaron yang akurat dalam skema yang efisien secara komputasi. Studi kami membuka jalan untuk perhitungan polaron yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam sistem besar, dalam studi sistematis yang melibatkan set material yang besar, atau dalam dinamika molekul yang berkembang dalam waktu yang lama.”
Referensi Jurnal:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Interaksi Diri Banyak Tubuh dan Polaron. Phys. Pdt. Lett. 129, 126401, 14 September 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Polaron bebas dari interaksi diri banyak tubuh dalam teori fungsi kepadatan. Phys Pdt. B 106, 125119, 14 September 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
