Phương pháp được gọi là lý thuyết chức năng mật độ hoặc DFT. Nó được sử dụng trong vật lý, hóa học và khoa học vật liệu để nghiên cứu cấu trúc điện tử của các hệ nhiều vật như nguyên tử và phân tử. DFT là một công cụ mạnh mẽ để thực hiện các tính toán ban đầu của vật liệu bằng cách xử lý đơn giản hóa các tương tác điện tử. Tuy nhiên, DFT dễ bị ảnh hưởng bởi các tương tác giả của electron với chính nó – điều mà các nhà vật lý gọi là “vấn đề tự tương tác”, dẫn đến mô tả không chính xác về các phân cực, thường bị mất ổn định.
Các nhà vật lý tại EPFL đã phát triển một phương pháp mới để giải quyết một thiếu sót lớn của một lý thuyết đã được thiết lập tốt mà các nhà vật lý sử dụng để nghiên cứu sự tương tác của các electron trong vật liệu. Họ đã đưa ra một công thức lý thuyết cho sự tự tương tác của electron để giải quyết vấn đề định vị phân cực trong lý thuyết hàm mật độ.
Nói một cách đơn giản, công thức này có thể giải quyết vấn đề lâu nay về sự tự tương tác của electron khi nghiên cứu phân cực – quasiparticles được tạo ra bởi các tương tác electron-phonon trong vật liệu.
Việc cơ học lượng tử có thể biểu diễn các hạt và sóng là một trong nhiều đặc thù của nó. Các photon, một hạt liên quan đến ánh sáng, là một ví dụ điển hình.
Electron có thể được coi là sóng lan truyền trên toàn bộ hệ thống trong các cấu trúc có trật tự được gọi là tinh thể, vẽ nên một bức tranh rất hài hòa. Các ion được tổ chức định kỳ trong không gian khi các electron đi qua tinh thể. Nếu thêm một electron vào tinh thể, điện tích âm của nó có thể làm cho các ion xung quanh nó dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng của chúng. Một hạt mới gọi là polaron sẽ được tạo ra do điện tích electron định vị trong không gian và liên kết với các biến dạng cấu trúc xung quanh của tinh thể, hay còn gọi là “mạng”.
Stefano Falletta tại Trường Khoa học Cơ bản của EPFL nói, "Về mặt kỹ thuật, một polaron là một giả hạt, được tạo thành từ một electron được “mặc quần áo” bởi các phonon tự cảm ứng của nó, đại diện cho các dao động lượng tử hóa của tinh thể. Sự ổn định của các phân cực phát sinh từ sự cạnh tranh giữa hai đóng góp năng lượng: mức tăng do định vị điện tích và chi phí do biến dạng mạng tinh thể. Khi phân cực mất ổn định, electron thừa sẽ định vị trên toàn bộ hệ thống, trong khi các ion khôi phục vị trí cân bằng của chúng.”
“Phương pháp mới của chúng tôi cho phép truy cập vào độ ổn định của phân cực chính xác trong một sơ đồ hiệu quả về mặt tính toán. Nghiên cứu của chúng tôi mở đường cho những tính toán chưa từng có về các phân cực trong các hệ thống lớn, trong các nghiên cứu có hệ thống liên quan đến các tập hợp vật liệu lớn hoặc trong động lực học phân tử phát triển trong thời gian dài”.
Tạp chí tham khảo:
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Tự tương tác nhiều cơ thể và Polarons. Thể chất. Rev. Lett. 129, 126401, ngày 14 tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.126401
- Stefano Falletta, Alfredo Pasquarello. Các phân cực không có sự tự tương tác của nhiều vật thể trong lý thuyết hàm mật độ. Vật lý. Mục sư B 106, 125119, ngày 14 tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.125119
