Ab initio study of plasmons and electron-phonon coupling in bismuth: from free-carrier absorption towards a new method for electron energy-loss spectroscopy

Iurii Timrov 1
1 TSM - Théorie de la science des matériaux
LSI - UMR 7642 - Laboratoire des Solides Irradiés
Résumé : Ce travail a été consacré à l'étude théorique du bismuth semi-métallique à l'aide de méthodes basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les effets de couplage spin-orbite et d'échange et de corrélation dans l'approximation de densité locale (LDA) et de gradient généralisé (GGA) ont été approfondis de façon systématique. J'ai trouvé que les poches d'électrons et de trous au niveau de Fermi sont correctement décrites, ce qui m'a permis d'interpréter avec succés les expériences pompe-sonde dans le bismuth photoexcité menées au laboratoire des Solides Irradiés. Le calcul du couplage électron-phonon a montré la forte dépendance, par rapport au vecteur d'onde électronique, du couplage de la bande de valence la plus haute avec le phonon A1g LO de centre de zone, ce qui explique l'observation de la forte dépendance en k de l'amplitude d'oscillation de l'énergie de liaison de cette même bande en photoémission résolue en temps. J'ai aussi montré que la présence d'extréma dans les bandes de valence et de conduction, où la masse des porteurs peut atteindre 18 m0, favorise une accumulation des porteurs et conduit à une augmentation de leur fréquence plasma au cours du temps aprés photoexcitation, un effet qui n'a pas (encore) été observé dans d'autres matériaux. Enfin, j'ai développé une nouvelle méthode en théorie de perturbation de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFPT), qui permet de calculer la réponse électronique du matériau pour n'importe quelle valeur du moment transféré. Cette approche basée sur la méthode de récursion de Lanczos m'a permis de calculer les spectres de perte d'énergie électronique de Bi dans la gamme d'énergie 0-100 eV et de combler l'intervalle d'énergie entre les pertes des électrons de valence et celles des électrons de cœur. Cette méthode ouvre des perspectives considérables, comme le calcul des plasmons de surface.
Type de document :
Thèse
Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Ecole Polytechnique X, 2013. English


https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00823758
Contributeur : Iurii Timrov <>
Soumis le : vendredi 17 mai 2013 - 22:14:01
Dernière modification le : vendredi 11 septembre 2015 - 09:57:37
Document(s) archivé(s) le : dimanche 18 août 2013 - 04:16:46

Identifiants

  • HAL Id : pastel-00823758, version 1

Collections

Citation

Iurii Timrov. Ab initio study of plasmons and electron-phonon coupling in bismuth: from free-carrier absorption towards a new method for electron energy-loss spectroscopy. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Ecole Polytechnique X, 2013. English. <pastel-00823758>

Exporter

Partager

Métriques

Consultations de
la notice

1018

Téléchargements du document

1368