veelelectronensystemen

Velelectronensystemen verwijzen in de natuurkunde en scheikunde naar systemen waarin meerdere elektronen tegelijk voorkomen en onderling sterk interageren. Voorbeelden zijn atomaire elektronenwolkies, moleculen en kristallijne materialen. De elektronen ondervinden repulsie en quantummechanische indistinguishability, waardoor de energietoestanden en chemische eigenschappen sterk afhankelijk zijn van mutuele correlaties tussen elektronen.

Het fundamentele probleem is de N-elektronen-Schrödingervergelijking met Coulomb-interactie. Voor meer dan een klein aantal elektronen is een exacte oplossing praktisch onhaalbaar vanwege de veelvoud aan interacties en de schaal van de oplossingsruimte. Een veelgebruikte benadering is het scheiden van elektronische en nuclei-beweging (Born–Oppenheimer-approximal) en vervolgens het elektronische probleem te benaderen met verschillende methoden.

Belangrijke benaderingen zijn onder meer de Hartree-Fock-methode, die als gemiddelde veldoplossing fungeert maar dynamische correlatie veronachtzaagt. Daarboven liggen post-Hartree-Fock-methoden zoals configuratie-interactie, Møller–Plesset-perturbatietheorie en gekoppelde-klusterbenaderingen, die correlationeel effect nauwkeuriger beschrijven. Een andere wijdverspreide aanpak is de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT), die het probleem in termen van de elektronendichtheid oplost en de nauwkeurigheid sterk afhangt van de gekozen uitwisseling-correlatiefunctie.

Andere methoden omvatten quantum Monte Carlo, Green's-functie-methoden (GW) en tensor-netwerktechnieken voor sterk gecorreleerde systemen. Velelectronensystemen bepalen in chemie en materiaalwetenschap de bindingen, spectroscopie en elektronische eigenschappen. Uitdagingen blijven onder meer nauwkeurige beschrijving van sterke correlatie, relativistische effecten bij zware elementen en excitatiestaten, terwijl kosten en schaalbaarheid beperkend blijven.