Diagramma di flusso dell'approccio rt-TDDFT per l'evoluzione di sistemi elettronici e ionici accoppiati. Qui, assumiamo che i due sottosistemi abbiano lo stesso passo temporale di evoluzione. Credito:scienza ultraveloce
Un team di ricercatori di Pechino guidato dal Prof. Dr. Sheng Meng è riuscito a sviluppare approcci predittivi di primi principi per studiare precisi processi ultraveloci nella materia. Il metodo, denominato TDAP (propagazione ab initio dipendente dal tempo), mira a fornire solide simulazioni dinamiche di fenomeni indotti dalla luce, altamente non lineari che sono a livello atomico e molecolare e si verificano entro pochi femtosecondi (10 -15 sec) o anche attosecondi (10 -18 sec). Le interazioni fondamentali tra i diversi gradi di libertà possono ora essere comprese in modo più preciso, basandosi esclusivamente sui principi della meccanica quantistica, secondo i ricercatori. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Ultrafast Science e dovrebbero promuovere una serie di ulteriori sviluppi in campi scientifici correlati.
Il team ha trascorso un decennio lavorando per estendere i metodi teorici dei primi principi nella modellazione delle risposte dinamiche dei materiali quantistici ai campi esterni (ad esempio, campi elettrici, magnetici e laser), che sono di grande interesse in questi giorni, ma le informazioni dettagliate rimangono piuttosto limitate . La generazione e la sintesi di intensi impulsi di luce ultracorti con un campo elettrico controllato e le fasi associate forniscono un percorso promettente per disaccoppiare e manipolare dinamicamente le interazioni microscopiche con una risoluzione temporale senza precedenti. Pertanto, i fenomeni di non equilibrio indotti dal laser hanno attirato l'attenzione enumerata da un'ampia gamma di campi scientifici.
Il trattamento teorico dei fenomeni non adiabatici dipendenti dal tempo indotti dal laser è una sfida formidabile a molti livelli, che vanno dalla descrizione degli stati eccitati alla propagazione nel tempo delle corrispondenti proprietà fisiche. In TDAP, viene trattata contemporaneamente l'evoluzione quantistica nel dominio del tempo degli stati elettronici con le classiche approssimazioni dei moti nucleari, il che ha consentito il tracciamento in tempo reale della dinamica accoppiata elettrone-nucleare senza dover ricorrere alla teoria delle perturbazioni. L'uso dell'orbitale atomico numerico ha fornito flessibilità e credibilità per eseguire simulazioni ad alta precisione su larga scala in un'ampia gamma di sistemi quantistici con un costo computazionale moderato.
Il metodo è stato applicato all'esplorazione della fisica dei campi forti e alla decodifica di vaste informazioni sotto i segnali rilevati sperimentalmente. Confrontando i risultati teorici e sperimentali, gli approcci si sono dimostrati efficaci ed efficienti nel trattamento di processi dinamici quantistici ultraveloci che coinvolgono interazioni complesse tra fotoni, elettroni e fononi in condizioni di eccitazione laser. Lo sviluppo di questo metodo aiuta a comprendere la dinamica dello stato eccitato nei campi della fotocatalisi, della progettazione di dispositivi fotovoltaici e optoelettronici, della sintesi e delle applicazioni di impulsi ad attosecondi, ecc. + Esplora ulteriormente
