نسخه‌ی اصلاح‌یافته‌ای از نظریه‌ی تابعی چگالی که برای توصیف ابررساناهای سنتی استفاده شده که دقت پیش‌یینی‌های این نظریه را به طرز قابل ملاحظه‌ای افزایش داده است.

توسعه‌ی ابزارهایی که قادرند ویژگی‌های اصلی ابررساناها را از روی اصول اولیه پیش‌گویی کنند، جام مقدس فیزیک حالت جامد به حساب می‌آید. چنان ابزارهایی می‌توانند ما را به سوی مواد جدیدی که در دماهای بالا ابررسانا می‌شوند رهنمون سازند. روش محاسباتی امروزی نظریه‌ی تابعی چگالی ابررسانایی (SCDFT) است؛ نسخه‌ای از نظریه‌ی تابعی چگالی که اثر بس‌ذره‌ای را از همبستگی‌های الکترونی در ماده به حساب می‌آورد. با این حال SCDFT به شکل ساختارمندی دمای بحرانی ابررسانا را (با خطاهای چشمگیر برای چندین ماده مهم) تخمین می‌زند. اکنون آنتونیو سانا از موسسه‌ی فیزیک میکروساختار ماکس پلانک در آلمان و همکارانش این مشکل را با اصلاح تابعی‌های استفاده شده در SCDFT تصحیح کرده‌اند. آن‌ها با استفاده از تابعی‌های بازبینی‌شده دریافتند که پیش‌بینی‌های SCDFT توافق معقولی با داده‌های تجربی دارد.

SCDFT ویژگی‌های یک سیستم بس‌الکترونی را با استفاده از تابعی‌هایی که برای چگالی الکترون بکار می‌رود، تعیین می‌کند. برای امکان‌پذیر ساختن محاسبات، در این تابعی‌ها از تصحیحات معینی در مورد انرژی سیستم چشم‌پوشی می‌شود. اما نظریه‌پردازان معتقدند که این تقریب‌ها به محاسبه‌ی غیردقیق جفت‌شدگی الکترون-فونون می‌انجامد که موجب پی‌ریزی ابررسانایی می‌شود.

رهیافت جدید این تیم پژوهشی تابعی‌ها را بدون معایبِ آن تقریب بدست می‌آورد. آن‌ها نشان می‌دهند که تابعی‌های آن‌ها (که با فرمول‌های تحلیلی ساده بیان کرده‌اند) می‌تواند در SCDFT بدون افزایش هزینه‌های محاسباتی بکار رود. سانا و همکارانش برای آزمایش رهیافتشان گاف‌های ابررسانا و دماهای گذار را برای گستره‌ای از ابررساناها محاسبه کرده‌اند که شامل ترکیبات عنصری مثل آلومینیوم و تانتالیوم و سیستم‌های دوتایی همچون منیزیم دیبرید و هیبرید سولفور است. نتایج از بهبود قابل ملاحظه در دقت، نسبت به روش‌های پیشین دارد؛ دمای بحرانی برای تمام مواد مطالعه شده ۲۰ درصد مقادیر واقعی است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

ماتئو رینی کمک ویراستار مجله فیزیک است.

منبع:

Improved Predictions for Superconductors