재료는 양성자, 중성자 및 전자로 구성된 원자로 구성됩니다. 이들 입자들 사이의 상호 작용은 강도, 전도도 및 자기 거동과 같은 물질의 특성을 결정한다. 이러한 상호 작용을 이해하는 것은 에너지 저장, 전자 제품 및 촉매와 같은 광범위한 응용 분야에 원하는 특성을 갖는 새로운 재료를 설계하는 데 필수적입니다.
재료에서 전자의 거동을 연구하는 가장 정확한 방법 중 하나는 밀도 기능 이론 (DFT)이며, 이는 원자, 분자 및 고형물의 전자 구조를 계산하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 그러나 DFT 계산은 특히 대형 시스템이나 무거운 요소를 포함하는 사람들의 경우 계산 집약적 일 수 있으므로 많은 실제 경우에 적용하기가 어려워집니다.
SCF (Selfensent Field) 접근법은 DFT 계산을 정의하는 일련의 방정식 인 Kohn-Sham 방정식을 해결하는 것입니다. 전통적인 접근법에서, Kohn-Sham 방정식은 평면파와 같은 유한 한 기본 함수 세트로 전자의 파동을 확장하여 해결됩니다. 이 접근법은 특히 많은 원자가있는 시스템의 경우 계산적으로 비싸다.
Argonne 연구원들이 개발 한 새로운 기술은 Planewave 기본 세트라는보다 효율적인 접근법을 사용합니다. 이 접근법에서, 파동은 그리드에 표시 된 다음 평면파 세트에 투사됩니다. 이를 통해 계산의 계산 비용을 줄이고 과학자들은 더 큰 정확도와 효율성으로 더 큰 시스템을 연구 할 수 있습니다.
Argonne의 선임 과학자이자 연구의 주요 연구자 중 한 명인 John Perdew 박사는“이 새로운 기술의 발전은 전산 재료 과학 분야에서 상당한 돌파구입니다. "이것은 재료에서 전자의 행동을 연구 할 수있는 새로운 가능성의 문을 열어 고급 재료의 개발을 가속화 할 것입니다."
연구원들은 실리콘, 물 및 복잡한 산화물 물질을 포함한 다양한 재료를 연구함으로써 새로운 기술의 힘을 보여주었습니다. 그들은 그들의 기술이 전통적인 DFT 계산과 유사한 정확도를 달성 할 수 있지만 계산 비용이 크게 줄어들어 향후 재료 연구를위한 유망한 도구입니다.
"Formical Physics Journal of Chemical Physics에 출판되었으며 DOE Science Office의 지원을 받았습니다. 연구팀에는 Argonne National Laboratory, University of California, Berkeley 및 Urbana-Champaign의 일리노이 대학교 과학자들이 포함되었습니다.
