Steady-state densitet funktionel teori

NUS -beregningsforskere har udviklet en ny version af densitetsfunktionelle teori (DFT) til undersøgelse af nanoskalaenheder.

Elektroniske enheder bliver mindre og indeholder større funktionalitet. Dette er muliggjort ved at reducere størrelsen på de elektroniske komponenter. Når deres størrelse falder, egenskaberne ved disse molekylære enheder bliver meget mere følsomme over for deres ydre miljø. Beregningsmetoder er nødvendige for at simulere og forudsige egenskaberne af sådanne små enheder. En af dem er densitetsfunktionelle teori. Disse metoder er udviklet ud fra de første principper, omfattende grundlæggende og grundlæggende viden, som vi allerede kender. NUS-beregningsforskere har forfinet teorien for at tage højde for ikke-ligevægtseffekter, der er til stede under driften af ​​enhederne (f.eks. Når et batteri er forbundet til et kvantesystem). Dette fører til en mere præcis og præcis forudsigelse.

Prof ZHANG Chun og hans ph.d. studerende, LIU Shuanglong sammen med forsker, Dr Argo NURBAWONO, fra Institut for Fysik, NUS har udviklet en mere generel version af den populære og meget udbredte densitetsfunktionelle teori (DFT), der kan anvendes til steady-state ikke-ligevægtssituationer. De indførte en ekstra grad af frihed, kendt som ikke-ligevægts elektrontæthed, ind i modellerne med de første principper. Dette tager højde for de bias-inducerede ikke-ligevægtseffekter, når en molekylær enhed fungerer under en begrænset bias. Denne nye version af teorien er kendt som steady-state DFT (SS-DFT).

Forskerne har vist, at den meget udbredte DFT i princippet ikke er korrekt i et steady-state ikke-ligevægtsscenario. I en sådan situation, to forskellige parametre, den samlede elektrontæthed og tætheden af ​​strømførende elektroner er nødvendige for at bestemme egenskaberne for det tilsvarende ikke-ligevægtssystem. Den nye teori er blevet implementeret i det spanske initiativ til elektroniske simuleringer med tusindvis af atomer (SIESTA) beregningspakke til undersøgelse af elektroniske/ transportegenskaber ved forskellige enheder i molekylær skala.

SS-DFT giver et pålideligt teoretisk værktøj til forståelse og fremtidigt design af nye molekylære enheder med forbedret funktionalitet. Den SS-DFT-baserede beregningspakke bruges nu af mange forskningsgrupper over hele verden. Det bruges til at forklare spændende transportfænomener observeret eksperimentelt på molekylært niveau og til at designe nye typer molekylære enheder.

Forskerne planlægger at udvide teoriens anvendelighed ved at inkludere andre fysiske effekter, såsom elektron-fonon-interaktioner og spin-orbitalkobling. De agter også at forbedre beregningseffektiviteten, så den kan bruges til at modellere store systemer omkring 1, 000 atomer.