理論學家利用正則轉換(canonical transformation)，嘗試將具有交互作用之多體系統，轉換成多個幾乎無關之獨立系統，以降低複雜程度。

"screened Coulomb potential"

电场屏蔽[编辑]

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屏蔽(Electric-field screening)是由于带电粒子运动而导致其电场衰减，或者是由于外部的电磁场干扰而导致其电场衰减的物理现象。这种现象是带电流体中的一种非常重要的性质，比如电离（气体）和半导体或金属中的导电电子都会存在这一现象。在由带电粒子构成的流体中，每一对粒子之间都是通过库伦力而发生相互作用的：

这种相互作用的引入使得从理论上处理这种流体变得困难。例如，对基态能量密度的初步量子力学计算将会得到无穷大，而这是不合理的。出现这个问题的原因是，尽管库伦力是随着距离做衰减，在处的粒子平均数密度是正比于的，假定流体是各向同性的。作为其结果，在远处的任意一个点处电荷涨落都会有不可忽略的贡献。
实际上，这些长程效应将会部分的被流体粒子的电荷所压制，从而形成一个短程的屏蔽的库伦相互作用。
例如，考虑一个有电子组成的流体。每个电子都有电场，都会排斥其他的电子。作为其结果，该电子所处的区域其电子密度是小于一般情况的。 这个区域实际上可以被看做是一个正电荷屏蔽空穴来处理。从远处来看，这个屏蔽的空穴有一个抵消由其他电子产生电场的正电荷的效果。只有在短程的时候，也就是在空穴区域以内，电子的电场才可以被探测到。

For example, consider a fluid composed of electrons in a background of positive charge. Each electron possesses a negative charge. According to Coulomb's interaction, negative charges repel each other. Consequently, this electron will repel other electrons creating a small region around itself in which there are fewer electrons. This region can be treated as a positively-charged "screening hole". Viewed from a large distance, this screening hole has the effect of an overlaid positive charge which cancels the electric field produced by the electron. Only at short distances, inside the hole region, can the electron's field be detected.

理論學家利用正則轉換(canonical transformation)，嘗試將具有交互作用之多體系統，轉換成多個幾乎無關之獨立系統，以降低複雜程度。

古希臘文明即揭櫫物質構成之基本元素─原子；然而，單就材料中如天文數字般（每莫耳約6X10²³個）的原子數目，就已經讓物理學家對材料的微觀研究捉襟見肘了，更遑論原子間還存在著複雜的交互作用；但是，這些障礙並非完全無法克服：在1950年以前，理論學家利用正則轉換(canonical transformation)，嘗試將具有交互作用之多體系統，轉換成多個幾乎無關之獨立系統，以降低複雜程度。另一方面，1956年之後發展的量子場論(quantum field theory)中，以近乎完全獨立之準粒子(quasi- particle)，來近似在多體效應下之真實粒子(或稱為裸粒子(bare particle)，再利用費曼圖(Feynman diagram) ［註：一種非常清晰直覺的圖解分析工具，按照費曼法則（Feynman Rule），理論物理學者可以準確而容易地進行一系列複雜的量子場論計算！］計算這些準粒子的特性。

那到底什麼是準粒子呢？其實準粒子包含兩部份：裸粒子及交互作用在此粒子周圍所形成之效應；就好像是多體效應為裸粒子披上一件外衣一樣，遮蔽了原來裸粒子之間較強的交互作用。如此一來，這些”穿上衣服”的裸粒子即便在多體環境之下，也可視為獨立粒子。［註：Richard D. Mattuck[1]對準粒子有

一個更生動的比擬：準粒子就如同在黃沙中絕塵而去的駿馬，你只能看到被塵土＂遮蔽＂下，約略的”馬形”，而無法細究此名駒之毛色與肌理！(如圖一)］舉個例子：將一個帶負電的電子，放進一電中性環境中(包括均勻分佈的眾多負電荷所構成之電子氣，與相同數量正電荷所形成之背景)。此外加電子將藉由庫侖斥力，將其周圍的電子氣排開；而在此處分佈之背景正電荷，即猶如一帶正電的電子雲，圍繞著外加電子形成準電子(quasi-electron)。此一動態的產生機制，預言了準電子是有生命期限的(life time)；而在電子之間原有的庫侖斥力，也因遮蔽效應可以幾乎忘了它的存在！因此準電子與獨立電子(裸電子)的特性(例如特徵能量)，存在著相當的差異。帶著多體效應基因的準粒子圖像，不僅可應用於原子核物理、固態物理、鐵磁性物理等多體系統之基態(ground-state)研究，更能適當地描述激發態(excited-state)特性(例如各種激發子：exciton、plasmon、magnon等等)。

另一方面，奠基於密度泛函理論(Density Functional Theory─DFT)的第一原理電子結構計算，近年來蓬勃發展(請參考本刊文章)，成功地拓展了在原子尺寸下研究材料科學精確度與視野，也提供人們預測與設計新穎未來材料的能力。


有效地找到多電子系統”真正”(exact)的基態電子密度，與對應之基態總能(total energy)；進而讓此一方法，在材料基態特性(例如：鍵長、結合能、聲子譜、等等)計算上，獲得空前的成功。事實上，這樣的成果的確有點出人意表(嚴格來說，以均勻電子氣模型來描述交換相干項，是過於粗糙的近似)。當我們為了與實驗結果比較，而企圖將Kohn-Sham方法推廣到激發態計算時，卻遇到挫敗；最著名的例子，就是半導體與絕緣體之電子結構能帶(band structure)計算：雖然，自洽Kohn-Sham方法(LDA近似)所得之能帶色散(energy dispersion)行為，與實驗結果接近；然而，其計算之主能隙(fundamental  band-gap)值(如圖二(a))，卻都嚴重低估。此外，所得之能帶寬度(band width)，也與實驗結果相差甚遠。另一方面，密度泛函理論計算之光學頻譜(optical spectrum)，更是與實驗測量結果大相逕庭；此乃肇因於密度泛函理論之自洽Kohn-Sham方法，



在基礎電磁學中，我們知道當電磁波進入不同材料時，會因材料特性(可視為材料中，所有電子對入射電磁波的集體響應(response))不同而改變其強度，並以材料介電係數(dielectric constant)的大小，來此估計此效應。我們也可以同樣的想法，度量準粒子間遮蔽效應的強弱。例如：在準電子之間，”遮蔽”庫侖位勢(screened Coulomb potential，通常以W代表)可視為原獨立電子(裸電子)間庫侖位勢之修正結果(原庫侖位勢除以介電函數)。因此，如何準確且有效的決定系統之介電函數，將成為進行準粒子計算的重要工作之一