Этот метод называется теорией функционала плотности или DFT. Он используется в физике, химии и материаловедении для изучения электронной структуры систем многих тел, таких как атомы и молекулы. DFT — мощный инструмент для выполнения расчетов материалов ab-initio путем упрощенного рассмотрения электронных взаимодействий. Однако ДПФ подвержен ложным взаимодействиям электрона с самим собой – тому, что физики называют «проблемой самодействия», что приводит к неправильному описанию поляронов, которые часто дестабилизируются.
Физики в EPFL разработали новый подход для решения основного недостатка хорошо зарекомендовавшей себя теории, которую физики используют для изучения взаимодействий электронов в материалах. Они представили теоретическую формулировку самодействия электронов, которая решает проблему локализации полярона в теории функционала плотности.
Проще говоря, формулировка могла бы решить давнюю проблему самодействия электронов при изучении поляроны – квазичастицы, образующиеся в результате электрон-фононного взаимодействия в материалах.
Тот факт, что квантовая механика может представлять частицы и волны, является одной из ее многих особенностей. фотон, частица, связанная со светом, является типичным примером.
Электроны можно воспринимать как волны, которые распространяются по всей системе в упорядоченных структурах, известных как кристаллы, что рисует очень гармоничную картину. Ионы периодически организуются в пространстве по мере прохождения электронов через кристалл. Если добавить в кристалл электрон, его отрицательный заряд может заставить ионы вокруг него отойти от их равновесных положений. Новая частица, называемая поляроном, будет создана за счет локализации заряда электрона в пространстве и взаимодействия с окружающими его структурными искажениями или «решетками».
Стефано Фаллетта в Школе фундаментальных наук EPFL — сказал"Технически полярон — это квазичастица, состоящая из электрона, «одетого» самоиндуцированными фононами, представляющими квантованные колебания кристалла. Стабильность поляронов возникает в результате конкуренции между двумя энергетическими вкладами: выигрышем за счет локализации заряда и затратами из-за искажений решетки. Когда полярон дестабилизируется, дополнительный электрон делокализуется по всей системе, а ионы восстанавливают свои равновесные положения».
«Наш новый метод дает доступ к точным данным о стабильности поляронов в рамках эффективной с точки зрения вычислений схемы. Наше исследование открывает путь к беспрецедентным расчетам поляронов в больших системах, к систематическим исследованиям с участием больших наборов материалов или к молекулярной динамике, развивающейся в течение длительных периодов времени».
Справочник журнала:
- Стефано Фаллетта, Альфредо Паскарелло. Многочастичное самодействие и поляроны. физ. Преподобный Летт. 129, 126401, 14 сентября 2022 г. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Стефано Фаллетта, Альфредо Паскарелло. Поляроны, свободные от самодействия многих тел в теории функционала плотности. Phys. Ред. Б 106, 125119, 14 сентября 2022 г. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
