| Dessine-moi une équation
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Crédit Frank Wojciechowski Princeton University |
Des physiciens de Princeton ont fait une avancée dans une question posée il y a 80 ans par la physique quantique, ouvrant la voie grace à une modélisation plus facile des défauts, vers le développement de nouveaux matériaux applicables à toutes sortes de dispositifs.
La nouvelle théorie part d'une idée proposée en 1927 par Llewellyn Hilleth Thomas et le prix Nobel Enrico Fermi. L'équation devait être un moyen simple de relier deux caractéristiques fondamentales des atomes et molécules. Ils théorisaient que l'énergie cinétique des électrons pouvait être calculée à partir de leur distribution dans le matériau. Les électrons confinés dans une petite zone doivent avoir plus d'énergie cinétique que ceux répandus dans un plus large volume.
L'étape suivante en 1964, fut fournie par Pierre Hohenberg et Walter Kohn, un autre lauréat Nobel, qui démontrèrent que l'idée de Thomas-Fermi pouvait s'appliquer à des matériaux réels. Bien que n'ayant pas réussi à établir l'équation reliant l'énergie cinétique à la distribution, ils ont néanmoins établis les fondements du raisonnement prouvant que cette équation devait exister. Les recherches étaient en cours depuis cette époque.
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Le nouveau modèle, publié en ligne le 26 janvier dans les Physical Review B, un journal de l'American Physical Society, fournit une méthode pratique de détermination de l'énergie cinétique des électrons dans un semiconducteur, à partir de leur distribution en densité.
Couplé aux études publiées récemment par Emily Carter et Linda Hung, une autre de ses étudiants, le nouveau modèle élargi la gamme des éléments et matériaux pouvant être bien modélisés.
Abstract
We propose a nonlocal kinetic energy density functional (KEDF) for semiconductors based on the expected asymptotic behavior of its susceptibility function. The KEDF’s kernel depends on both the electron density and the reduced density gradient, with an internal parameter formally related to the material’s static dielectric constant. We determine the accuracy of the KEDF within orbital-free density functional theory (DFT) by applying it to a variety of common semiconductors. With only two adjustable parameters, the KEDF reproduces quite well the exact noninteracting KEDF (i.e., Kohn-Sham DFT) predictions of bulk moduli, equilibrium volumes, and equilibrium energies. The two parameters in our KEDF are sensitive primarily to changes in the local crystal structure (such as atomic coordination number) and exhibit good transferability between different tetrahedrally-bonded phases. This local crystal structure dependence is rationalized by considering Thomas-Fermi dielectric screening theory.
Source : Princeton University
Retrouvez ici l'article de Princeton University
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