Den nya tekniken, kallad "self-consistent-field density functional theory with dynamic screening" (SCF-DFT+DS), minskar beräkningskostnaden för att beräkna elektrondensiteten i ett material med upp till 90 % jämfört med konventionella metoder. Detta gör det möjligt att utföra beräkningar på mycket större system, som de som finns i verkliga material.
"SCF-DFT+DS är ett betydande genombrott inom materialvetenskap", säger Argonne-forskaren Giulia Galli, som ledde forskargruppen. "Det kommer att göra det möjligt för oss att studera ett bredare utbud av material och fenomen och designa nya material med förbättrade egenskaper för en mängd olika applikationer."
SCF-DFT+DS-tekniken är baserad på en omformulering av densitetsfunktionella teorins (DFT) ekvationer. DFT är en mycket använd metod för att beräkna den elektroniska strukturen av material, men den kan vara beräkningsmässigt dyr för stora system. Den nya tekniken använder en förenklad representation av elektron-elektroninteraktionen, vilket minskar beräkningskostnaden utan att offra noggrannheten.
Forskargruppen testade den nya tekniken på flera system, inklusive halvledare, metaller och isolatorer. De fann att SCF-DFT+DS gav resultat som överensstämde utmärkt med konventionell DFT, men till en bråkdel av beräkningskostnaden.
"SCF-DFT+DS är ett kraftfullt nytt verktyg som kommer att öppna upp nya möjligheter för materialforskning", sa Galli. "Vi är glada över att utforska dess potential och använda den för att designa nya material för en renare och mer hållbar framtid."
Forskningen publicerades i tidskriften Physical Review Letters.
