La nouvelle technique, appelée « théorie fonctionnelle de densité de champ auto-cohérente avec filtrage dynamique » (SCF-DFT+DS), réduit le coût de calcul du calcul de la densité électronique dans un matériau jusqu'à 90 % par rapport aux méthodes conventionnelles. Cela permet d'effectuer des calculs sur des systèmes beaucoup plus grands, tels que ceux trouvés dans des matériaux réels.
"SCF-DFT+DS constitue une avancée majeure dans le domaine de la science des matériaux", a déclaré Giulia Galli, scientifique à Argonne, qui a dirigé l'équipe de recherche. "Cela nous permettra d'étudier une gamme plus large de matériaux et de phénomènes, et de concevoir de nouveaux matériaux dotés de propriétés améliorées pour une variété d'applications."
La technique SCF-DFT+DS est basée sur une reformulation des équations de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). La DFT est une méthode largement utilisée pour calculer la structure électronique des matériaux, mais elle peut s'avérer coûteuse en termes de calcul pour les grands systèmes. La nouvelle technique utilise une représentation simplifiée de l’interaction électron-électron, ce qui réduit le coût de calcul sans sacrifier la précision.
L'équipe de recherche a testé la nouvelle technique sur plusieurs systèmes, notamment des semi-conducteurs, des métaux et des isolants. Ils ont constaté que SCF-DFT+DS produisait des résultats en excellent accord avec la DFT conventionnelle, mais pour une fraction du coût de calcul.
"SCF-DFT+DS est un nouvel outil puissant qui ouvrira de nouvelles possibilités pour la recherche sur les matériaux", a déclaré Galli. "Nous sommes ravis d'explorer son potentiel et de l'utiliser pour concevoir de nouveaux matériaux pour un avenir plus propre et plus durable."
La recherche a été publiée dans la revue Physical Review Letters.
