Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld om te bepalen hoe atomen in materialen zijn gerangschikt. De techniek, genaamd 'dynamische gemiddelde veldtheorie' of DMFT, is een krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van de elektronische structuur van materialen, en heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we nieuwe materialen met gewenste eigenschappen ontwerpen.

DMFT is gebaseerd op het idee dat de elektronen in een materiaal in twee groepen kunnen worden verdeeld:degenen die sterk gecorreleerd zijn, en degenen die dat niet zijn. De sterk gecorreleerde elektronen zijn verantwoordelijk voor de eigenschappen van het materiaal, zoals de elektrische geleidbaarheid en het magnetische gedrag. DMFT behandelt de sterk gecorreleerde elektronen exact, terwijl de zwak gecorreleerde elektronen worden behandeld met behulp van een gemiddelde veldbenadering.

Dankzij deze aanpak kan DMFT de elektronische structuur van materialen nauwkeurig beschrijven, zelfs in gevallen waarin traditionele methoden falen. DMFT kan bijvoorbeeld worden gebruikt om materialen te bestuderen die verstoord zijn of defecten vertonen, die vaak moeilijk te bestuderen zijn met andere methoden.

De ontwikkeling van DMFT is een grote doorbraak op het gebied van de materiaalkunde. Het heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we nieuwe materialen met gewenste eigenschappen ontwerpen, en het zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals efficiëntere zonnecellen en batterijen.

Hier is een meer gedetailleerde uitleg van hoe DMFT werkt:

1. De eerste stap is het verdelen van de elektronen in het materiaal in twee groepen:degenen die sterk gecorreleerd zijn, en degenen die dat niet zijn. De sterk gecorreleerde elektronen zijn verantwoordelijk voor de eigenschappen van het materiaal, zoals de elektrische geleidbaarheid en het magnetische gedrag.

2. De tweede stap is het exact behandelen van de sterk gecorreleerde elektronen. Dit wordt gedaan met behulp van een techniek die 'dynamische gemiddelde veldtheorie' wordt genoemd. DMFT brengt het probleem van op elkaar inwerkende elektronen in kaart op een eenvoudiger probleem van niet-interagerende elektronen in een bad met effectief medium. Hierdoor kan het systeem exact worden opgelost met behulp van een verscheidenheid aan numerieke technieken.

3. De derde stap is het behandelen van de zwak gecorreleerde elektronen met behulp van een gemiddelde-veldbenadering. Deze benadering is gebaseerd op het idee dat de zwak gecorreleerde elektronen niet sterk worden beïnvloed door de interacties tussen de sterk gecorreleerde elektronen.

4. De laatste stap is het combineren van de resultaten van de twee voorgaande stappen om de algehele elektronische structuur van het materiaal te verkrijgen.

DMFT is een krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van de elektronische structuur van materialen. Het is een complexe techniek, maar kan nauwkeurige resultaten opleveren voor materialen die moeilijk met andere methoden te bestuderen zijn. DMFT heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we nieuwe materialen met gewenste eigenschappen ontwerpen, en zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals efficiëntere zonnecellen en batterijen.