Επιτάχυνση των υπολογισμών που αποκαλύπτουν πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια στα υλικά
Η νέα τεχνική, που ονομάζεται "Λειτουργική θεωρία πυκνότητας αυτοσυντηρούμενου πεδίου με δυναμική διαλογή" (SCF-DFT+DS), μειώνει το υπολογιστικό κόστος υπολογισμού της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε ένα υλικό έως και 90% σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους. Αυτό καθιστά δυνατή την εκτέλεση υπολογισμών σε πολύ μεγαλύτερα συστήματα, όπως αυτά που βρίσκονται σε πραγματικό υλικό.
"Το SCF-DFT+DS είναι μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της επιστήμης των υλικών", δήλωσε ο επιστήμονας της Argonne Giulia Galli, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. "Θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε ένα ευρύτερο φάσμα υλικών και φαινομένων και να σχεδιάσουμε νέα υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες για διάφορες εφαρμογές".
Η τεχνική SCF-DFT+DS βασίζεται σε μια αναδιατύπωση των εξισώσεων λειτουργικής θεωρίας πυκνότητας (DFT). Το DFT είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τον υπολογισμό της ηλεκτρονικής δομής των υλικών, αλλά μπορεί να είναι υπολογιστικά δαπανηρή για μεγάλα συστήματα. Η νέα τεχνική χρησιμοποιεί μια απλοποιημένη αναπαράσταση της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων, η οποία μειώνει το υπολογιστικό κόστος χωρίς να θυσιάζει την ακρίβεια.
Η ερευνητική ομάδα εξέτασε τη νέα τεχνική σε διάφορα συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγών, των μετάλλων και των μονωτήρων. Διαπίστωσαν ότι το SCF-DFT+DS παρήγαγε αποτελέσματα που ήταν σε άριστη συμφωνία με το συμβατικό DFT, αλλά σε ένα κλάσμα του υπολογιστικού κόστους.
"Το SCF-DFT+DS είναι ένα ισχυρό νέο εργαλείο που θα ανοίξει νέες δυνατότητες για την έρευνα υλικών", δήλωσε ο Galli. "Είμαστε ενθουσιασμένοι για να διερευνήσουμε τις δυνατότητές του και να το χρησιμοποιήσουμε για να σχεδιάσουμε νέα υλικά για ένα καθαρότερο, πιο βιώσιμο μέλλον".
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
