Ny tilgang til at bestemme, hvordan atomer er arrangeret i materialer

Forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har udviklet en ny tilgang til at bestemme, hvordan atomer er arrangeret i materialer. Teknikken, kaldet "dynamisk middelfeltteori" eller DMFT, er et kraftfuldt værktøj til at studere materialers elektroniske struktur, og den har potentialet til at revolutionere den måde, vi designer nye materialer med ønskede egenskaber på.

DMFT er baseret på ideen om, at elektronerne i et materiale kan opdeles i to grupper:dem, der er stærkt korrelerede, og dem, der ikke er. De stærkt korrelerede elektroner er dem, der er ansvarlige for materialets egenskaber, såsom dets elektriske ledningsevne og magnetiske adfærd. DMFT behandler de stærkt korrelerede elektroner nøjagtigt, mens de svagt korrelerede elektroner behandles ved hjælp af en middelfelttilnærmelse.

Denne tilgang giver DMFT mulighed for nøjagtigt at beskrive den elektroniske struktur af materialer, selv i tilfælde, hvor traditionelle metoder fejler. For eksempel kan DMFT bruges til at studere materialer, der er uordnede eller har defekter, som ofte er svære at studere med andre metoder.

Udviklingen af ​​DMFT er et stort gennembrud inden for materialevidenskab. Det har potentiale til at revolutionere den måde, vi designer nye materialer med ønskede egenskaber på, og det kan føre til udvikling af nye teknologier, såsom mere effektive solceller og batterier.

Her er en mere detaljeret forklaring på, hvordan DMFT virker:

1. Det første trin er at opdele elektronerne i materialet i to grupper:dem, der er stærkt korrelerede, og dem, der ikke er. De stærkt korrelerede elektroner er dem, der er ansvarlige for materialets egenskaber, såsom dets elektriske ledningsevne og magnetiske adfærd.

2. Andet trin er at behandle de stærkt korrelerede elektroner nøjagtigt. Dette gøres ved hjælp af en teknik kaldet "dynamisk middelfeltteori." DMFT kortlægger problemet med interagerende elektroner på et enklere problem med ikke-interagerende elektroner i et bad af effektivt medium. Dette gør det muligt at løse systemet nøjagtigt ved hjælp af en række numeriske teknikker.

3. Det tredje trin er at behandle de svagt korrelerede elektroner ved hjælp af en middelfelttilnærmelse. Denne tilnærmelse er baseret på ideen om, at de svagt korrelerede elektroner ikke er stærkt påvirket af interaktionerne mellem de stærkt korrelerede elektroner.

4. Det sidste trin er at kombinere resultaterne af de to foregående trin for at opnå den overordnede elektroniske struktur af materialet.

DMFT er et kraftfuldt værktøj til at studere den elektroniske struktur af materialer. Det er en kompleks teknik, men den er i stand til at give nøjagtige resultater for materialer, der er svære at studere med andre metoder. DMFT har potentialet til at revolutionere den måde, vi designer nye materialer med ønskede egenskaber på, og det kan føre til udvikling af nye teknologier, såsom mere effektive solceller og batterier.