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Los electrones con interacción fuerte marcan el camino

El éxito de la teoría de los funcionales de densidad (DFT) para describir los fenómenos más diversos en física de la materia condensada es incuestionable. Ahora, los desarrollos más recientes acercan la teoría propuesta para la superconductividad a un público mucho más amplio.
Los electrones con interacción fuerte marcan el camino
El teorema original de Hohenberg y Kohn y la reproducibilidad de la densidad electrónica exacta en un sistema de Kohn-Sham (KS) de partículas sin interacción se puede ampliar, en principio, a cualquier estructura electrónica, incluida la de los superconductores. No obstante, la aplicación práctica de KS-DFT depende de los funcionales de densidad de los valores observables relevantes del sistema.

En particular, los funcionales de intercambio-correlación permiten incorporar los efectos de las interacciones sin aumentar el coste de computación. Existen cientos de funcionales disponibles, pero todos fallan al aplicarlos en sistemas fuertemente correlacionados. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha estudiado un enfoque distinto para describir con precisión los efectos de la correlación fuerte.

En el seno del proyecto SCDFT (Strictly-correlated density functional theory: Methodology development and application to semiconductor nanostructures and ultracold atom gases), los científicos desarrollaron el concepto de electrones estrictamente correlacionados (SCE) con el fin de modelizar el límite de interacciones infinitamente fuertes. En lugar de no haber ninguna interacción en el sistema, como propusieron Kohn y Sham, el sistema consiste en partículas con la mayor interacción posible.

En particular, en el denominado enfoque KS-SCE-DFT, el funcional de intercambio-correlación se construye sobre la base del sistema SCE e incluye efectos de interacción fuerte. Por otra parte, se resuelven las ecuaciones estándar y numéricamente económicas de KS-DFT.

Antes de finalizar SCDFT, la nueva metodología se había aplicado con éxito a nanoestructuras semiconductoras, así como a gases atómicos ultrafríos en un sistema químico 1D hecho de iones y moléculas. Es importante destacar que se reprodujeron fenómenos cuánticos clave para números de partículas mayores que los que se pueden tratar con otros métodos.

Todos los hallazgos de estos estudios se han publicado en las revistas de alto impacto Physical Review Letters, Physical Review B y Physical Chemistry Chemical Physics.

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Palabras clave

Teoría de los funcionales de densidad, física de la materia condensada, superconductividad, SCDFT, gases atómicos ultrafríos
Número de registro: 188446 / Última actualización el: 2016-09-05
Dominio: Tecnologías industriales
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