密度汎関数理論または DFT と呼ばれる方法。 物理学、化学、材料科学で使用され、原子や分子などの多体系の電子構造を研究します。 DFT は、電子相互作用の単純化された処理によって材料の ab-initio 計算を実行するための強力なツールです。 しかし、DFT は、電子とその自己との誤った相互作用 (物理学者が「自己相互作用の問題」と呼ぶもの) の影響を受けやすく、不安定化することが多いポーラロンの誤った説明につながります。
の物理学者 EPFL 物理学者が材料中の電子の相互作用を研究するために使用する確立された理論の主要な欠点を解決するための新しいアプローチを開発しました。 彼らは、密度汎関数理論におけるポーラロン局在化の問題を解決する電子自己相互作用の理論的定式化を導入しました。
簡単に言えば、定式化は、研究時の電子の自己相互作用の長年の問題を解決できる可能性があります。 ポラロン – 物質中の電子-フォノン相互作用によって生成される準粒子。
量子力学が粒子と波動を表すことができるという事実は、その多くの特徴の XNUMX つです。 の 光子、光関連の粒子は、典型的な例です。
電子は、結晶として知られる秩序ある構造でシステム全体に広がる波として認識でき、非常に調和のとれた絵を描きます。 イオンは、電子が結晶を通過する際に空間に周期的に組織化されます。 結晶に電子を追加すると、その負電荷により、周囲のイオンが平衡位置から離れる可能性があります。 ポーラロンと呼ばれる新しい粒子は、電子の電荷が空間に局在し、結晶の周囲の構造の歪み、つまり「格子」と結合することで生成されます。
EPFL基礎科学部のステファノ・ファレッタ と"技術的には、ポーラロンは準粒子であり、結晶の量子化された振動を表す自己誘導フォノンによって「服を着た」電子で構成されています。 ポーラロンの安定性は、電荷局在化による利得と格子歪みによるコストという XNUMX つのエネルギー寄与の間の競合から生じます。 ポーラロンが不安定になると、余分な電子がシステム全体で非局在化し、イオンが平衡位置に戻ります。」
「私たちの新しい方法は、計算効率の高いスキーム内で正確なポーラロン安定性へのアクセスを提供します。 私たちの研究は、大規模なシステム、大規模な材料セットを含む体系的な研究、または長期にわたって進化する分子動力学におけるポーラロンの前例のない計算への道を開きます。」
ジャーナルリファレンス：
- ステファノ・ファレッタ、アルフレド・パスクアレロ。 多体自己相互作用とポーラロン。 物理学レット牧師. 129、126401、14 年 2022 月 XNUMX 日。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- ステファノ・ファレッタ、アルフレド・パスクアレロ。 密度汎関数理論における多体自己相互作用から解放されたポーラロン。 物理学 Rev. B 106、125119、14 年 2022 月 XNUMX 日。DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
