ميكانيكا الكم صعوبة حل

في مطلع القرن الماضي، وظهور ميكانيكا الكم يوفر أداة قوية بالنسبة لنا لدراسة آلية تشغيل العالم المجهري، يبدو أن جميع المشاكل يمكن حلها عن طريق حل معادلة شرودنجر. ولكن في عملية التطبيق الفعلي ليجدوا أن النظام يمكن أن تحل تماما أنه من النادر للغاية، حتى أبسط من ذرات الهيدروجين أنه ليس من السهل حلها، لأنظمة المادة المكثفة أكثر تعقيدا من المستحيل أن تبدأ.

شرودنجر المعادلة (المصدر: موسوعة بايدو)

لذلك، تبدو لنموذج بسيط لوصف طبيعة النظم المادة المكثفة وطريقة تقريب فعالة المعروفة باسم واحد من التركيز على البحوث من علماء الفيزياء. طريقة Pseudopotential وطريقة pseudopotential التجريبية هو أحد ممثلي القوي، في عام 1998 حصل على جائزة نوبل في الكيمياء النظرية الوظيفية كثافة وطريقتين ترتبط ارتباطا وثيقا.

والتر كون، واحد من مؤسسي النظرية الوظيفية الكثافة (المصدر: موسوعة بايدو)

ونحن نعلم أن، من حيث الميكانيكا الكلاسيكية أو قوة ميكانيكا الكم، ومشاكل جسيم واحد هي أفضل حل. لذلك نحن نعتقد بشكل طبيعي من، سواء عن طريق حساب نظام جسيم واحد لفهم سلوك النظام العديد من الجسيمات؟ ومع ذلك، حتى بالنسبة للنظام جسيم واحد لحل تتقلب بسبب الحقل المحتملين في الفضاء جعل حساب الصعب (وخصوصا عندما لا يزال لا يظهر جهاز الكمبيوتر). لحسن الحظ، (تجربة) طريقة pseudopotential يمكن أن تحل المشاكل على حد سواء.

Pseudopotentials

وقدم مفهوم Pseudopotential أولا عندما فيرمي يدرس الإلكترونات متحمس للغاية. بعد ذلك، والفلزات القلوية هيرمان محاولة لحساب طريقة pseudopotential المستوى. في حوالي العام 1950، تم تطبيق طريقة pseudopotential على نطاق واسع في مجال فيزياء المادة المكثفة. السبب في طريقة pseudopotential هو مفيد لمرات عديدة ونحن بحاجة فقط للنظر في سلوك إلكترونات التكافؤ، في حين أن الإلكترونات الأساسية ونوى معا لتشكل كلا واحدا، مثل حركة التكافؤ الإلكترون في ضعف الإمكانات-إلكترون واحد. هذا الحساب كله يصبح أبسط من ذلك بكثير.

انريكو فيرمي (المصدر: شبكة العلوم)

وبناء على تقديم أول متعامد موجة الطائرة pseudopotential (OPW) من خلال طريقة الرنجة. وضعت الكريستال الأساسية وظيفة وموجة الإلكترون موجة التربيع الوظائف والمهام الأساسية بلوخ مع الدول الإلكترونية في طريقة موجة الطائرة متعامد. يمكننا تقديم إمكانات جذابة الأيونية تحسب الدول الإلكترونية الأساسية، ومن ثم أدخلت إلى احتمال مثير للاشمئزاز يتم احتساب باستخدام وظيفة بلوخ. جذب الإمكانات المحتملة ومثير للاشمئزاز العمل المشترك بحيث مجموع الحقل المحتملين متفاوتة ببطء في الفضاء، وبالتالي، فإن شدة المجال ضعيفة. ويعرف هذا الأسلوب أسلوب فيليبس Kleinma، فإنه أظهر أيضا لماذا إلكترونات التكافؤ في سلوك المعادن مثل الإلكترون الحر تقريبا.

حقيقي Pseudopotential والمقارنة حقل المحتملة (المصدر: ويكيبيديا)

السبب في إدخال شبه المحتملين جزءا من التجاذب والتنافر ويرجع ذلك جزئيا المنطقة القريبة من ميدان المحتملين الذري وتقدم أساسا من الذرة الحقيقية، أظهر جاذبية قوية، في مناطق أخرى بسبب التدريع الإلكترونية، جذب ويقابل المحتملة، التي قدمنا أيضا إمكانات مثيرة للاشمئزاز لجذب الأسباب المحتملة للمقاومة.

تجربة طريقة pseudopotential

سوف فيليبس Kleinma طريقة المذكور تبسيط حساب الفرقة إلى مشكلة إلكترون واحد. ولكن إذا كنت ترغب في تحديد مباشرة الزائفة المحتملة لا تزال غير مسألة بسيطة. على أساس العمل السابق، كوهين، الذي طور طريقة pseudopotential التجريبية.

وهذا النهج سوف pseudopotential الحسابات وصلة فريدة من الكريستال التماثل، في شكل من أشكال القيود pseudopotential يكون هناك الكثير من التماثل، وأنها يمكن أن تقلل كثيرا من صعوبة عندما نحسب pseudopotential.

منذ الكريستال ديه تناظر انتقالي، يمكننا أن نفترض أن يشعر الإلكترونية من واحد إلكترون أيضا حقل محتمل الدوري. عموما، الكريستال المجال محتمل يمكن أن تتوسع وفقا للناقلات شعرية متبادلة تحويل فورييه. ويبدو وكأن لا مشكلة إجراء تغيير بسيط، ولكن للتطبيقات العملية، إذا كان النظام هو كبير، ومكونات معامل تصبح صغيرة جدا بحيث يمكن تجاهلها. وإذا أخذنا في الاعتبار القيود المفروضة على التماثل، ونحن غالبا ما تحتاج إلى حساب عدد قليل من العوامل.

pseudopotential المحلية (الخط المنقط) وpseudopotential غير المحلية (خط الصلبة) الفرقة حساب (المصدر: physics.upenn.edu)

في الاستخدام الفعلي، نحتاج يمكن قياس بعض المعاملات الأولية وتحسب على أساس الفرقة وسلسلة من الإجراءات مثل خصائص الكهروضوئية مباشرة، ومن ثم يتم مقارنة البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها، وإذا تم احتساب التجربة في خط مع نهاية التجربة، وإذا خلاف ذلك تعديل معامل إعادة حساب حتى تتمكن من احتواء.

تؤثر

المظهر (الخبرة) طريقة pseudopotential يجعل نظرية النظم المادة المكثفة قد دعا حساب، فإنه يوضح الكثير من الأسئلة قبل أننا لا نفهم من الناحية العلمية، على الرغم من المعادن مثل كيفية كل من الإلكترونات والأيونات، ولكن السلوك الحقيقي للإلكترونات ويشبه إلى حد كبير الإلكترونات الحرة.

في التطبيق، وقد لعبت طريقة pseudopotential التجريبية دورا قويا في توجيه صناعة أشباه الموصلات. تطوير صناعة أشباه الموصلات أنجبت التقدم في تكنولوجيا الكمبيوتر. ومن المثير للاهتمام، في المقابل، فإن التقدم في تكنولوجيا الحاسوب لتعزيز التنمية (الخبرة) طريقة pseudopotential.

المراجع:

E. فيرمي، نوفو CIMENTO 11، 157 (1934).

H.J. هيلمان، J. علم. فيز 3، 61 (1935).

J. C. فيليبس وL. كلاينمان، فيز. القس 116، 287 (1959).

J. R. Chelikowsky وM. L. كوهين، فيز القس B 10، 12 (1974).

J. R. Chelikowsky وM. L. كوهين، فيز. القس B 10، 5059 (1974).

الناشر: مجلة Popular Science الصين | المصدر: "ان الصين معرض العلوم الشعبية