Natuurkundigen van de Universiteit van Bayreuth behoren tot de internationale pioniers van de machtsfunctionaaltheorie. Deze nieuwe benadering maakt het voor het eerst mogelijk om de dynamiek van veeldeeltjessystemen in de loop van de tijd nauwkeurig te beschrijven. De deeltjes kunnen atomen, moleculen of grotere deeltjes zijn die onzichtbaar zijn voor mensen. De nieuwe theorie generaliseert de klassieke dichtheidsfunctionaaltheorie, die alleen van toepassing is op systemen met veel deeltjes in thermisch evenwicht. In Recensies van moderne fysica , presenteert een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Dr. Matthias Schmidt de basiskenmerken van de theorie, die aanzienlijk werd ontwikkeld en uitgewerkt in Bayreuth.

Een veeldeeltjessysteem is in thermisch evenwicht wanneer de temperatuur in het binnenste in evenwicht is en er geen warmtestromen plaatsvinden. Dit betekent niet noodzakelijk dat het systeem zich in een rigide rusttoestand bevindt. Sommige veeldeeltjessystemen kunnen ook worden vergeleken met een loterijmachine, die met een constante snelheid draait. De ballen hebben veel bewegingsvrijheid en springen ongeordend heen en weer. In een vloeibaar veeldeeltjessysteem zijn de deeltjes aanzienlijk dichter opeengepakt dan in de trommel, waardoor ze constant op korte afstanden en tijdsintervallen met elkaar in botsing komen. Essentiële eigenschappen van dergelijke systemen kunnen volledig en nauwkeurig worden beschreven met de dichtheidsfunctionaaltheorie, op voorwaarde dat een thermisch evenwicht van het systeem wordt gegeven.

In het geval van de loterijmachine gaat dit evenwicht verloren zodra de gelijkmatige rotatie geleidelijk vertraagt ​​en de kamer achteruit gaat. Dan rollen de ballen met de winnende nummers op een rail in de kamer en worden uiteindelijk uitgeworpen. Om dergelijke processen nauwkeurig en zonder gaten vast te leggen, is de machtsfunctionaaltheorie nodig:die vertaalt het geluk van de winnaars in de taal van de natuurkunde.

"De klassieke dichtheidsfunctionaaltheorie is een zeer diepgaande en tegelijkertijd esthetisch aantrekkelijke theorie. Het is in staat om de vaak zeer complexe processen die plaatsvinden in een systeem tijdens thermisch evenwicht te beschrijven en te relateren. Deze processen omvatten bijvoorbeeld faseovergangen, kristallisaties of verschijnselen zoals hydrofobiciteit, die optreedt wanneer oppervlakken of deeltjes contact met water vermijden. Vaak zijn dergelijke processen van grote technologische of biologische relevantie. De elegantie en kracht van de dichtheidsfunctionaaltheorie heeft ons in het verleden in Bayreuth gestimuleerd tien jaar zoeken naar manieren om systemen met veel deeltjes in thermische onevenwichtigheid toegankelijk te maken voor een even nauwkeurige en elegante fysieke beschrijving. Onderzoekspartners van de Universiteit van Fribourg in Zwitserland hebben aan deze zoektocht bijgedragen met belangrijke studies. Onze gezamenlijke inspanningen hebben bijvoorbeeld resulteerde in de machtsfunctionaaltheorie, die de dichtheidsfunctionaaltheorie uitbreidt tot tijdafhankelijke processen", meldt Prof. Dr. Matthias Schmidt, leerstoel theoretische natuurkunde aan de Universiteit van Bayreuth. + Verder verkennen

Steady-state dichtheidsfunctionaaltheorie