Silnie oddziałujące elektrony ustalają kierunek
Oryginalne twierdzenia Hohenberga-Kohna i możliwość reprodukcji dokładnej gęstości elektronowej w układzie nieoddziałujących cząstek Kohna-Shama (KS) można rozszerzyć w zasadzie do wszelkiej struktury elektronowej, włączając nadprzewodniki. Jednak praktyczne zastosowanie teorii KS-DFT zależy od funkcjonałów gęstości dla odpowiednich obserwabli układu. W szczególności funkcjonały wymienno-korelacyjne umożliwiają włączenie efektów interakcji bez zwiększenia kosztu obliczeniowego. Istnieją setki dostępnych funkcjonałów, ale zawodzą one przy zastosowaniu w układach o silnej korelacji. Naukowcy dzięki finansowaniu z UE badali nowe podejście dokładnego opisu efektów silnej korelacji. W ramach projektu SCDFT (Strictly-correlated density functional theory: Methodology development and application to semiconductor nanostructures and ultracold atom gases) naukowcy opracowali koncepcję silnie skorelowanych elektronów (strictly correlated electrons — SCE) do modelowania granic nieskończenie silnych oddziaływań. Zamiast braku oddziaływania (jak sugeruje teoria Kohna-Shama), układ składa się z cząstek o możliwie największym stopniu oddziaływania. W szczególności oznacza to, że w tak zwanym podejściu KS-SCE DFT funkcjonał wymienno-korelacyjny jest tworzony na podstawie układu SCE i uwzględnia skutki silnego oddziaływania. Z drugiej strony rozwiązano standardowe, niewymagające wielu zasobów obliczeniowych równania KS-DFT. Przed zakończeniem projektu SCDFT nową metodykę pomyślnie zastosowano do nanostruktur nadprzewodników, a także do ultrazimnych gazów atomowych oraz układu chemicznego 1D składającego się z jonów i cząsteczek. Co ważne, kluczowe zjawiska kwantowe zostały odtworzone przy liczbach cząstek większych niż było to możliwe przy zastosowaniu innych metod. Wszystkie rezultaty tego badania opublikowano w prestiżowych czasopismach Physical Review Letters, Physical Review B i Physical Chemistry Chemical Physics.
Słowa kluczowe
Teoria funkcjonału gęstości, fizyka materii skondensowanej, nadprzewodnictwo, SCDFT, ultrazimne gazy atomowe
