Yönteme yoğunluk fonksiyonel teorisi veya DFT adı verilir. Fizik, kimya ve malzeme biliminde atomlar ve moleküller gibi çok cisimli sistemlerin elektronik yapısını incelemek için kullanılır. DFT, elektron etkileşimlerini basitleştirerek malzemelerin başlangıçtaki hesaplamalarını gerçekleştirmek için güçlü bir araçtır. Bununla birlikte, DFT, elektronun kendi kendine olan sahte etkileşimlerine karşı hassastır; fizikçiler bunu "kendi kendine etkileşim sorunu" olarak adlandırır ve bu durum, genellikle dengesiz olan polaronların yanlış tanımlanmasına yol açar.
Fizikçiler EPFL fizikçilerin malzemelerdeki elektronların etkileşimlerini incelemek için kullandıkları köklü bir teorinin büyük bir eksikliğini çözmek için yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Yoğunluk fonksiyonel teorisinde polaron lokalizasyonu problemini çözen elektronun kendi kendine etkileşimi için teorik bir formülasyon geliştirdiler.
Basit bir ifadeyle, formülasyon, çalışma sırasında uzun süredir devam eden elektronun kendi kendine etkileşimi sorununu çözebilir. polaronlar – malzemelerdeki elektron-fonon etkileşimleri tarafından üretilen yarı parçacıklar.
Kuantum mekaniğinin parçacıkları ve dalgaları temsil edebilmesi onun birçok özelliğinden biridir. fotonIşıkla ilgili bir parçacık olan , tipik bir örnektir.
Elektronlar, kristal adı verilen düzenli yapılar içerisinde tüm sisteme yayılan dalgalar olarak algılanabilir ve bu da son derece uyumlu bir tablo çizer. Elektronlar kristalden geçerken iyonlar uzayda periyodik olarak düzenlenir. Kristale bir elektron eklenirse, negatif yükü etrafındaki iyonların denge konumlarından uzaklaşmasına neden olabilir. Elektron yükünün uzayda lokalizasyonu ve kristalin çevresindeki yapısal bozulmalara veya "kafeslere" bağlanması nedeniyle polaron adı verilen yeni bir parçacık yaratılacaktır.
Stefano Falletta, EPFL Temel Bilimler Okulu'nda şuraya, "Teknik olarak bir polaron, kristalin nicelenmiş titreşimlerini temsil eden, kendi kendine indüklenen fononlar tarafından "giydirilen" bir elektrondan oluşan bir yarı parçacıktır. Polaronların kararlılığı, iki enerji katkısı arasındaki rekabetten kaynaklanır: yük lokalizasyonundan kaynaklanan kazanç ve kafes bozulmalarından kaynaklanan maliyet. Polaron kararsızlaştığında, fazladan elektron tüm sistem üzerinde yer değiştirirken, iyonlar da denge konumlarını geri kazanır."
"Yeni yöntemimiz, hesaplama açısından verimli bir şema dahilinde doğru polaron stabilitelerine erişim sağlıyor. Çalışmamız, büyük sistemlerde, büyük malzeme kümelerini içeren sistematik çalışmalarda veya uzun süreler boyunca gelişen moleküler dinamiklerde benzeri görülmemiş polaron hesaplamalarının yolunu açıyor."
Dergi Referans:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Çok Bedenli Kendi Kendine Etkileşim ve Polaronlar. Fizik Rev. Letonya. 129, 126401, 14 Eylül 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Yoğunluk fonksiyoneli teorisinde çok cisimli öz etkileşimden bağımsız polaronlar. Fizik Rev. B 106, 125119, 14 Eylül 2022. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
