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Theses

Systèmes auxiliaires pour les observables : approximation du connecteur dynamique locale pour les spectres d'addition et d'émission d'électrons

Résumé : Cette thèse propose une méthode théorique innovante pour l'étude des spectres d'excitation à un électron, mesurée par spectroscopie de photoémission directe et inverse.La plupart des calculs actuels au niveau de l’état de l’art reposent sur des fonctions de Green à plusieurs corps et des self-énergies complexes et non locales, évaluées spécifiquement pour chaque matériau. Même lorsque les spectres calculés sont en très bon accord avec les expériences, le coût de calcul est très important. La raison est que la méthode elle-même n'est pas efficace, car elle fournit beaucoup d'informations superflues qui ne sont pas nécessaires pour l'interprétation des données expérimentales.Dans cette thèse, nous proposons deux raccourcis par rapport à la méthode standard. Le premier est l'introduction d'un système auxiliaire qui cible, en principe, le spectre d'excitation du système réel. L'exemple type est la théorie de la fonctionnelle de la densité, pour lequel le système auxiliaire est le système de Kohn-Sham : elle reproduit exactement la densité du système réel par l'intermédiaire d'un potentiel réel et statique, le potentiel de Kohn-Sham. La théorie de la fonctionnelle de la densité est, cependant, une théorie de l'état fondamental, qui ne fournit que rarement des propriétés d'état excités : un exemple est le fameux problème de la sous-estimation de la bande interdite. Le potentiel que nous proposons (le potentiel spectral), local et dépendant de la fréquence, mais réelle, peut être considéré comme une généralisation dynamique du potentiel de Kohn-Sham qui donne en principe le spectre exact.Le deuxième raccourci est l'idée de calculer ce potentiel une fois pour toute dans un système modèle, le gaz d'électrons homogène, et de le tabuler. Pour étudier des matériaux réels, nous concevons un connecteur qui prescrit l'utilisation des résultats du gaz pour calculer les spectres électroniques.La première partie de la thèse traite de l'idée de systèmes auxiliaires, montrant le cadre général dans lequel ils peuvent être introduits et les équations qu'ils doivent satisfaire. Nous utilisons des modèles de Hubbard solubles exactement pour mieux comprendre le rôle du potentiel spectral ; en particulier, il est démontré que le potentiel peut être défini uniquement chaque fois que le spectre est non nul, et donne toujours les spectres attendus, même lorsque la partie imaginaire ou les contributions non locales de la self-énergie jouent un rôle de premier plan.Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous concentrons sur les calculs pour les systèmes réels. Nous évaluons d'abord le potentiel spectral dans le gaz d'électrons homogène, puis l'importons dans le système auxiliaire pour évaluer le spectre d'excitation. Toute l’interdependence non triviale entre l'interaction électronique et l'inhomogénéité du système réel entre dans la forme du connecteur. Trouver une expression pour cela est le véritable défi de la procédure. Nous proposons une approximation raisonnable basée sur les propriétés locales du système, que nous appelons approximation du connecteur dynamique local.Nous mettons en œuvre cette procédure pour quatre prototypes de matériaux différents : le sodium, un métal presque homogène ; l'aluminium, encore un métal mais moins homogène ; le silicium, un semi-conducteur ; l'argon, un isolant inhomogène. Les spectres que nous obtenons avec cette approche concordent de manière impressionnante avec ceux qui sont évalués via la self-énergie, très coûteuse en temps de calcul, démontrant ainsi le potentiel de cette théorie.
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Theses
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, May 30, 2018 - 1:00:09 PM
Last modification on : Sunday, August 2, 2020 - 5:26:07 AM
Document(s) archivé(s) le : Friday, August 31, 2018 - 4:43:39 PM

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66836_VANZINI_2018_archivage.p...
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  • HAL Id : tel-01803435, version 1

Citation

Marco Vanzini. Systèmes auxiliaires pour les observables : approximation du connecteur dynamique locale pour les spectres d'addition et d'émission d'électrons. Matière Condensée [cond-mat]. Université Paris-Saclay, 2018. Français. ⟨NNT : 2018SACLX012⟩. ⟨tel-01803435⟩

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