Metoda se imenuje teorija funkcij gostote ali DFT. Uporablja se v fiziki, kemiji in znanosti o materialih za preučevanje elektronske strukture sistemov več teles, kot so atomi in molekule. DFT je močno orodje za izvajanje ab-initio izračunov materialov s poenostavljeno obravnavo interakcij elektronov. Vendar je DFT dovzeten za lažne interakcije elektrona s samim seboj – kar fiziki imenujejo "problem samointerakcije", kar vodi do napačnega opisa polaronov, ki so pogosto destabilizirani.
Fiziki pri EPFL so razvili nov pristop za reševanje velike pomanjkljivosti dobro uveljavljene teorije, ki jo fiziki uporabljajo za preučevanje interakcij elektronov v materialih. Predstavili so teoretično formulacijo za samointerakcijo elektronov, ki rešuje problem lokalizacije polarona v teoriji gostotnega funkcionala.
Preprosto povedano, formulacija bi lahko rešila dolgoletni problem samointerakcije elektronov pri študiju polaroni – kvazidelci, ki nastanejo zaradi elektron-fononskih interakcij v materialih.
Dejstvo, da lahko kvantna mehanika predstavlja delce in valove, je ena od njenih številnih posebnosti. The foton, delec, povezan s svetlobo, je tipičen primer.
Elektrone je mogoče zaznati kot valove, ki se širijo po celotnem sistemu v urejenih strukturah, znanih kot kristali, kar daje zelo harmonično sliko. Ioni so periodično organizirani v prostoru, ko elektroni prehajajo skozi kristal. Če kristalu dodamo elektron, lahko njegov negativni naboj povzroči, da se ioni okoli njega odmaknejo od svojih ravnotežnih položajev. Nov delec, imenovan polaron, bi nastal zaradi naboja elektronov, ki bi se lokaliziral v prostoru in povezal z okoliškimi strukturnimi izkrivljanji kristala ali "mrežami".
Stefano Falletta na šoli za temeljne znanosti EPFL je dejal"Tehnično je polaron kvazidelec, sestavljen iz elektrona, "oblečenega" s svojimi samoinduciranimi fononi, ki predstavljajo kvantizirane vibracije kristala. Stabilnost polaronov izhaja iz tekmovanja med dvema energijskima prispevkoma: dobitkom zaradi lokalizacije naboja in stroškom zaradi popačenj mreže. Ko se polaron destabilizira, se dodatni elektron delokalizira po celotnem sistemu, medtem ko ioni obnovijo svoje ravnotežne položaje.
»Naša nova metoda omogoča dostop do natančnih polaronskih stabilnosti znotraj računalniško učinkovite sheme. Naša študija utira pot izračunom polaronov brez primere v velikih sistemih, v sistematičnih študijah, ki vključujejo velike sklope materialov, ali v molekularni dinamiki, ki se razvija skozi dolga obdobja.«
Referenca dnevnika:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Samo-interakcija več teles in polaroni. Fiz. Rev. Lett. 129, 126401, 14. september 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Polaroni brez samointerakcije več teles v teoriji funkcij gostote. Fiz. Rev. B 106, 125119, 14. september 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
