电子-声子-位错子相互作用系统理论——迈向位错的量子化理论

基于位错量子化即“位错子”（dislon）的思想，我们提供了一个全面的理论框架，以研究晶体位错如何影响材料的功能性质。与以往关注奇异现象学的位错子工作不同，这里我们关注理论结构和计算能力。我们首先对采用位错子方法的必要性和益处进行了教学性介绍，说明为何位错子哈密顿量采取其当前形式。然后，我们使用位错子形式研究了电子-位错和声子-位错散射问题。推导了有效电子和声子理论，由此计算了位错对电子和声子输运性质的作用。与本质上属于单粒子、低阶微扰和经典淬火缺陷的传统位错散射研究相比，位错子理论不仅允许轻松引入量子多体效应（如电子关联、电子-声子相互作用和更高阶散射事件），还允许在同等地位上适当考虑位错的长程应变场和动态方面。这意味着位错子理论无需针对特定位错散射问题开发单独模型，即可在统一理论下计算电子结构和电输运、热输运、光学和超导性质等。此外，位错子理论相比经验模型还有一个优势，即它不需要拟合参数。位错子理论可以作为一个主要的计算工具，以前所未有的清晰度理解位错对多种材料功能性质的作用，并可能在含位错的能源材料中有广泛应用。