Yoğunluk fonksiyonel teorisinin (DFT) ana fikri, etkileşen elektronlardan oluşan bir sistem üzerindeki bir potansiyelin etkisinin elektronların yoğunluğu açısından tanımlanabileceğidir. DFT mevcut modellerde temel durumlarla sınırlıdır, uyarılmış durumlar ise dahil edilmemiştir. Bununla birlikte, Avustralya’daki Griffith Üniversitesi’nden Tim Gould ve ekibi nihayet bu sınırlamayı aşmanın bir yolunu keşfetti.
Elektronların Davranışlarının İncelenmesi
Elektronların davranışlarını belirli sınırlayıcı durumları kullanarak basitleştiren değişim-korelasyon modelleri DFT’nin özünü oluşturur. DFT, bu basitleştirme sayesinde büyük elektronik sistemlerin temel durumlarını modelleyebilir. İlgi çekici durumlar, teorinin topluluk DFT olarak bilinen bir versiyonu kullanılarak ele alınabilir, ancak daha büyük sistemler, bu teorinin daha karmaşık değişim-korelasyon modelleri nedeniyle hesaplama açısından zorlayıcıdır. Elektron yoğunluğu yeterince düşük olduğunda, Gould ve meslektaşları bu zorlukların ortadan kalktığını ve uyarılmış durumları ele alma modellerinin sıradan DFT için kullanılanlar kadar basit hale geldiğini bulmuşlardır. O zaman standart DFT yeterlidir. Öte yandan, elektron yoğunluğu yüksek olduğunda, zorluklar büyük ölçüde basitleşir ve kesin çözümler mümkündür.
Elektronların Kuantum Durumları
İki sınırlayıcı durumda basitleştirme neden mümkündür? Gould’a göre, düşük yoğunluklardaki elektronlar aktif olarak birbirlerinden kaçınırlar. Hala kuantum bir doğaya sahip olmalarına rağmen onları klasik parçacıklar gibi düşünmek mümkündür. Yoğunluk yüksek olduğunda, elektronlar kolayca hesaplanabilen özelliklere sahip bir kuantum durumundadır.
Bu iki uç nokta arasındaki orta yol gerçek moleküller ve malzemeler tarafından işgal edilir. Gould ve meslektaşları, düşük ve yüksek yoğunluklu örnekleri birleştirerek, tüm bağ uzunluklarında moleküler hidrojenin uyarılma enerjilerini yaklaşık olarak hesaplayabildiler. Araştırmacılar bu stratejiyi katalizörlere, LED’lere ve diğer önemli teknolojik malzemelere uyarlamaya hevesliler.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v16/s29
