Des électrons en forte interaction pour montrer le chemin
En principe, on peut étendre à toute structure électronique (y compris les supraconducteurs) le théorème original d'Hohenberg et Kohn, ainsi que la reproductibilité de la densité électronique exacte d'un système Kohn-Sham de particules sans interaction. Cependant, l'application pratique de la théorie de la fonctionnelle de densité Kohn-Sham (KS-DFT) dépend des fonctionnelles pour les variables observables du système. En particulier, les fonctionnelles d'échange-corrélation permettent d'intégrer les effets des interactions sans augmenter le coût en calculs. On dispose de centaines de fonctionnelles, mais aucune n'est applicable à des systèmes fortement corrélés. Des scientifiques financés par l'UE ont exploré une autre méthode pour décrire avec exactitude les effets à forte corrélation. Les scientifiques du projet SCDFT (Strictly-correlated density functional theory: Methodology development and application to semiconductor nanostructures and ultracold atom gases) ont développé le concept d'électrons strictement corrélés, afin de modéliser la limite des interactions infiniment fortes. Le système est constitué de particules présentant l'interaction la plus forte possible, au lieu d'être sans interaction comme l'ont proposé Kohn et Sham. Dans la méthode KS-SCE DFT, la fonctionnelle d'échange-corrélation est basée sur le concept d'électrons strictement corrélés, avec de forts effets d'interaction. Ceci permet de résoudre les équations standard de la KS-DFT, peu exigeantes en calcul. Avant l'achèvement du projet SCDFT, les chercheurs ont appliqué la nouvelle méthode à des nanostructures semi-conductrices, à des gaz d'atomes ultra froids, et à un système chimique unidimensionnel fait d'ions et de molécules. Ils ont ainsi reproduit des phénomènes clés majeurs, pour davantage de particules qu'avec les autres méthodes. Tous les résultats du projet ont été publiés dans les revues très renommées Physical Review Letters, Physical Review B et Physical Chemistry Chemical Physics.
Mots‑clés
Théorie de la fonctionnelle de densité, physique de la matière condensée, supraconductivité, SCDFT, gaz d'atomes ultra froids