Christian Buth

Advanced electronic structure theory: from molecules to crystals

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Kurzfassung in Deutsch

In dieser Dissertation werden ab initio Theorien zur Beschreibung der Zustände von perfekten halbleitenden und nichtleitenden Kristallen, unter Berücksichtigung elektronischer Korrelationen, abgeleitet und angewandt. Als Ausgangsbasis dient hierzu die Hartree-Fock Approximation in Verbindung mit Wannier-Orbitalen. Darauf aufbauend studiere ich zunächst in Teil I der Abhandlung den Grundzustand der wasserstoffbrückengebundenen Fluorwasserstoff und Chlorwasserstoff zick-zack Ketten und analysiere die langreichweitigen Korrelationsbeiträge. Dabei mache ich die Basissatzextrapolationstechniken, die für kleine Moleküle entwickelt wurden, zur Berechnung von hochgenauen Bindungsenergien von Kristallen nutzbar. In Teil II der Arbeit leite ich zunächst eine quantenfeldtheoretische ab initio Beschreibung von Elektroneneinfangzuständen und Lochzuständen in Kristallen her. Grundlage hierbei ist das etablierte algebraische diagrammatische Konstruktionsschema (ADC) zur Approximation der Selbstenergie für die Bestimmung der Vielteilchen-Green's-Funktion mittels der Dyson-Gleichung. Die volle Translationssymmetrie des Problems wird hierbei beachtet und die Lokalität elektronischer Korrelationen ausgenutzt. Das resultierende Schema wird Kristallorbital-ADC (CO-ADC) genannt. Ich berechne damit die Quasiteilchenbandstruktur einer Fluorwasserstoffkette und eines Lithiumfluoridkristalls. In beiden Fällen erhalte ich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen meinen Resultaten und den Ergebnissen aus anderen Methoden.

Kurzfassung in Englisch

In this dissertation, theories for the ab initio description of the states of perfect semiconducting and insulating crystals are derived and applied. Electron correlations are treated thoroughly based on the Hartree-Fock approximation formulated in terms of Wannier orbitals. In part I of the treatise, I study the ground state of hydrogen-bonded hydrogen fluoride and hydrogen chloride zig-zag chains. I analyse the long-range contributions of electron correlations. Thereby, I employ basis set extrapolation techniques, which have originally been developed for small molecules, to also obtain highly accurate binding energies of crystals. In part II of the thesis, I devise an ab initio description of the electron attachment and electron removal states of crystals using methods of quantum field theory. I harness the well-established algebraic diagrammatic construction scheme (ADC) to approximate the self-energy, used in conjunction with the Dyson equation, to determine the many-particle Green's function for crystals. Thereby, the translational symmetry of the problem and the locality of electron correlations are fully exploited. The resulting scheme is termed crystal orbital ADC (CO-ADC). It is applied to obtain the quasiparticle band structure of a hydrogen fluoride chain and a lithium fluoride crystal. In both cases, a very good agreement of my results to those determined with other methods is observed.

weitere Metadaten

übersetzter Titel
(Deutsch)
Höhere Elektronenstrukturtheorie: vom Molekül zum Kristall
Schlagwörter
(Deutsch)
Ab-initio-Rechnung, Angeregte Zustände, Bandstruktur, Basissatz Extrapolation, Basissatz Konvergenz, Bindungsenergie, Chlorwasserstoff, Elektronenstrukturtheorie, Elektronische Korrelation, Fluorwasserstoff, Greensfunktion, Kristall, Lithiumfluorid, Propa
Schlagwörter
(Englisch)
Green's function, ab initio calculations, band structure, basis set convergence, basis set extrapolation, binding energy, crystal, electron correlation, electronic structure theory, excited states, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, infinite bent chain
SWD SchlagworteAb-initio-Rechnung, Angeregter Zustand, Bandstruktur, Bindungsenergie, Chlorwasserstoff, Elektronenkorrelation, Extrapolation, Fluorwasserstoff, Green-Funktion, Konvergenz, Kristall, Lithiumfluorid, Propagator, Vielteilchentheorie
DDC Klassifikation530
RVK KlassifikationUM 1200
Institution(en) 
InstitutionTechnische Universität Dresden
AbteilungMathematik und Naturwissenschaften, Physik, Institut für Theoretische Physik
BetreuerProf. Dr. Peter Fulde
GutachterProf. Dr. Jochen Schirmer
Prof. Dr. Hendrik J. Monkhorst
Prof. Dr. Peter Fulde
DokumententypDissertation
SpracheEnglisch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)14.06.2005
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung10.11.2005
Veröffentlichungsdatum (online)21.10.2005
persistente URNurn:nbn:de:swb:14-1132580113554-34509

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