Forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har utvecklat en ny metod för att bestämma hur atomer är ordnade i material. Tekniken, som kallas "dynamisk medelfältsteori", eller DMFT, är ett kraftfullt verktyg för att studera den elektroniska strukturen hos material, och den har potential att revolutionera hur vi designar nya material med önskade egenskaper.

DMFT bygger på idén att elektronerna i ett material kan delas in i två grupper:de som är starkt korrelerade och de som inte är det. De starkt korrelerade elektronerna är de som är ansvariga för materialets egenskaper, såsom dess elektriska ledningsförmåga och magnetiska beteende. DMFT behandlar de starkt korrelerade elektronerna exakt, medan de svagt korrelerade elektronerna behandlas med hjälp av en medelfältsapproximation.

Detta tillvägagångssätt tillåter DMFT att korrekt beskriva den elektroniska strukturen av material, även i fall där traditionella metoder misslyckas. Till exempel kan DMFT användas för att studera material som är störda eller har defekter, som ofta är svåra att studera med andra metoder.

Utvecklingen av DMFT är ett stort genombrott inom materialvetenskap. Det har potential att revolutionera sättet vi designar nya material med önskade egenskaper, och det kan leda till utveckling av nya teknologier, såsom effektivare solceller och batterier.

Här är en mer detaljerad förklaring av hur DMFT fungerar:

1. Det första steget är att dela in elektronerna i materialet i två grupper:de som är starkt korrelerade och de som inte är det. De starkt korrelerade elektronerna är de som är ansvariga för materialets egenskaper, såsom dess elektriska ledningsförmåga och magnetiska beteende.

2. Det andra steget är att behandla de starkt korrelerade elektronerna exakt. Detta görs med hjälp av en teknik som kallas "dynamisk medelfältsteori". DMFT kartlägger problemet med interagerande elektroner på ett enklare problem med icke-interagerande elektroner i ett bad av effektivt medium. Detta gör att systemet kan lösas exakt med hjälp av en mängd olika numeriska tekniker.

3. Det tredje steget är att behandla de svagt korrelerade elektronerna med hjälp av en medelfältsapproximation. Denna approximation är baserad på idén att de svagt korrelerade elektronerna inte påverkas starkt av interaktionerna mellan de starkt korrelerade elektronerna.

4. Det sista steget är att kombinera resultaten från de två föregående stegen för att erhålla materialets övergripande elektroniska struktur.

DMFT är ett kraftfullt verktyg för att studera materials elektroniska struktur. Det är en komplex teknik, men den kan ge korrekta resultat för material som är svåra att studera med andra metoder. DMFT har potential att revolutionera sättet vi designar nya material med önskade egenskaper, och det kan leda till utvecklingen av nya teknologier, såsom effektivare solceller och batterier.