Metoda numită teoria funcțională a densității sau DFT. Este folosit în fizică, chimie și știința materialelor pentru a studia structura electronică a sistemelor cu mai multe corpuri, cum ar fi atomii și moleculele. DFT este un instrument puternic pentru efectuarea de calcule ab-initio ale materialelor prin tratarea simplificată a interacțiunilor electronilor. Cu toate acestea, DFT este susceptibilă la interacțiuni false ale electronului cu sinele său - ceea ce fizicienii numesc „problema de auto-interacțiune”, ceea ce duce la descrierea incorectă a polaronilor, care sunt adesea destabilizați.
Fizicienii de la EPFL au dezvoltat o nouă abordare pentru a rezolva o deficiență majoră a unei teorii bine stabilite pe care fizicienii o folosesc pentru a studia interacțiunile electronilor din materiale. Ei au introdus o formulare teoretică pentru auto-interacțiunea electronilor care rezolvă problema localizării polaronilor în teoria funcțională a densității.
Cu cuvinte simple, formularea ar putea rezolva problema de lungă durată a auto-interacțiunii electronilor atunci când se studiază polaronii – cvasiparticule produse prin interacțiuni electron-fonon în materiale.
Faptul că mecanica cuantică poate reprezenta particule și unde este una dintre numeroasele sale particularități. The foton, o particulă legată de lumină, este un exemplu tipic.
Electronii pot fi percepuți ca unde care se răspândesc în întregul sistem în structuri ordonate cunoscute sub numele de cristale, ceea ce pictează o imagine foarte armonioasă. Ionii sunt organizați periodic în spațiu pe măsură ce electronii trec prin cristal. Dacă adăugați un electron la cristal, sarcina lui negativă ar putea face ionii din jurul său să se îndepărteze de pozițiile lor de echilibru. O nouă particulă numită polaron ar fi creată din cauza încărcăturii electronilor care se localizează în spațiu și se cuplează cu distorsiunile structurale din jurul cristalului, sau „rețele”.
Stefano Falletta la Școala de Științe de bază a EPFL a spus, "Din punct de vedere tehnic, un polaron este o cvasiparticulă, alcătuită dintr-un electron „îmbrăcat” de fononii săi autoinduși, reprezentând vibrațiile cuantificate ale cristalului. Stabilitatea polaronilor rezultă dintr-o competiție între două contribuții energetice: câștigul datorat localizării sarcinii și costul datorat distorsiunilor rețelei. Când polaronul se destabiliza, electronul suplimentar se delocalizează pe întregul sistem, în timp ce ionii își restabilesc pozițiile de echilibru.”
„Noua noastră metodă oferă acces la stabilități precise ale polaronilor într-o schemă eficientă din punct de vedere computațional. Studiul nostru deschide calea către calcule fără precedent ale polaronilor în sisteme mari, în studii sistematice care implică seturi mari de materiale sau în dinamica moleculară care evoluează pe perioade lungi.”
Referința jurnalului:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Interacțiunea cu mai multe corpuri și polaronii. Fiz. Rev. Lett. 129, 126401, 14 septembrie 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Polaroni liberi de auto-interacțiunea cu mai multe corpuri în teoria funcțională a densității. Phys. Apocalipsa B 106, 125119, 14 septembrie 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
