물리학자들은 동적 밀도 범함수 이론에 대한 강력한 대안을 개발합니다.

2023년 6월 7일

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바이로이트 대학

살아있는 유기체, 생태계, 지구는 물리학적 관점에서 볼 때 열 평형 상태에 있지 않은 엄청나게 크고 복잡한 시스템의 예입니다. 비평형 시스템을 물리적으로 설명하기 위해 현재까지 동적 밀도 범함수 이론이 사용되었습니다.

그러나 바이로이트 대학의 물리학자들이 Journal of Physics: Condensed Matter에 게재된 기사에서 밝혔듯이 이 이론에는 약점이 있습니다. 거듭제곱 함수 이론은 인공 지능 방법과 결합하여 시간이 지남에 따라 비평형 시스템의 역학을 보다 안정적으로 설명하고 예측할 수 있어 훨씬 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 입증되었습니다.

다입자 시스템은 원자, 전자, 분자 및 눈에 보이지 않는 기타 입자로 구성된 모든 종류의 시스템입니다. 온도가 균형을 이루고 열 흐름이 발생하지 않으면 열평형 상태에 있습니다. 열 평형 상태의 시스템은 외부 조건이 변할 때만 상태를 변경합니다. 밀도 함수 이론은 이러한 시스템 연구를 위해 맞춤 제작되었습니다.

반세기가 넘는 기간 동안 화학 및 재료 과학 분야에서 무한한 가치를 입증해 왔습니다. 이 이론의 강력한 고전 변형을 기반으로 평형 시스템의 상태를 매우 정확하게 설명하고 예측할 수 있습니다. 동적 밀도 범함수 이론(DDFT)은 이 이론의 범위를 비평형 시스템으로 확장합니다. 여기에는 상태가 외부 경계 조건에 의해 고정되지 않는 시스템에 대한 물리적 이해가 포함됩니다.

이러한 시스템은 그 자체의 추진력을 가지고 있습니다. 즉, 외부 영향이 작용하지 않고도 상태를 변경할 수 있는 능력이 있습니다. 따라서 DDFT의 발견과 적용 방법은 살아있는 유기체나 미세한 흐름에 대한 모델 연구 등에서 큰 관심을 끌고 있습니다.

그러나 DDFT는 물리적 설명에 접근할 수 있는 비평형 시스템을 만들기 위해 보조 구성을 사용합니다. 이는 이러한 시스템의 연속적인 역학을 평형 상태의 시간적 순서로 변환합니다. Matthias Schmidt 교수가 이끄는 바이로이트 팀이 새로운 연구에서 보여준 것처럼 이는 과소평가되어서는 안되는 오류의 가능성을 초래합니다.

조사는 물리학에서 "레나드 존스 유체"로 알려진 가스의 단방향 흐름과 같은 비교적 간단한 예에 중점을 두었습니다. 이 비평형 시스템이 연속적인 평형 상태의 체인으로 해석되면 시스템의 시간 의존적 역학과 관련된 한 측면, 즉 흐름장이 무시됩니다. 결과적으로 DDFT는 부정확한 설명과 예측을 제공할 수 있습니다.

"우리는 동적 밀도 범함수 이론이 특정 조건에서 비평형 시스템에 적용될 때 귀중한 통찰력과 제안을 제공할 수 있다는 점을 부인하지 않습니다. 그러나 문제는 유체 흐름을 예로 사용한 연구에서 이에 주목하고 싶습니다. 특정 경우에 이러한 조건이 충족되는지 여부를 충분히 확실하게 판단하는 것은 불가능합니다. DDFT는 신뢰할 수 있는 계산을 가능하게 하는 제한된 프레임워크 조건이 제공되는지 여부에 대한 제어를 제공하지 않습니다. 이는 개발할 가치가 더욱 높습니다. 비평형 시스템을 이해하기 위한 대체 이론적 개념"이라고 이번 연구의 제1저자인 Daniel de las Heras 교수는 말합니다.

10년 동안 Matthias Schmidt 교수를 중심으로 한 연구팀은 아직 초기 단계인 물리 이론 개발에 상당한 공헌을 해왔습니다. 이는 지금까지 다입자 시스템의 물리적 연구에서 매우 성공적인 것으로 입증되었습니다. 이론 (PFT). 바이로이트의 물리학자들은 고전 밀도 함수 이론이 평형 시스템 분석을 가능하게 하는 것과 동일한 정확성과 우아함으로 비평형 시스템의 역학을 설명할 수 있다는 목표를 추구하고 있습니다.