Descrizione del progetto
Nuovo approccio teorico alla descrizione dell’accoppiamento elettrone-bosone
L’interazione degli elettroni con i bosoni influenza in modo profondo le proprietà spettrali dei solidi. I bosoni possono essere vibrazioni reticolari cristalline (fononi), fluttuazioni di densità di carica collettiva (plasmoni) o stati legati di elettroni e buchi di elettroni (eccitoni). L’approssimazione GW produce calcoli accurati delle energie quasiparticolari su una vasta gamma di materiali. Le eccitazioni bosoniche sono descritte attraverso la teoria del funzionale densità dipendente dal tempo (TDDFT, Time-Dependent Density-Functional Theory). Attualmente, esistono alcuni approcci che descrivono l’accoppiamento elettrone-bosone. Il progetto COUPE, finanziato dall’UE, propone una nuova combinazione di GW e TDDFT che accoppia quasiparticelle a eccitazioni bosoniche di ogni genere. Questa combinazione si basa su una «teoria dei connettori» recentemente sviluppata che consente l’uso di risultati del gas elettronico omogeneo per descrivere materiali disomogenei.
Obiettivo
Spectroscopic characterization of matter is ubiquitous in modern material science. Increased resolution and precise control over radiation sources have led to numerous discoveries of previously inaccessible spectroscopic signatures, often linked to complex excitation processes. The main challenge in their interpretation is the fact that excitations are coupled through interactions. A striking signature for this is that spectra often consist of one or more dominant peaks (called quasi-particle), followed by a series of secondary structures (called satellites). The latter, which can be very strong, are pure interaction effects and may be interpreted in terms of coupling of a quasiparticle to a bosonic excitation of the material: a plasmon, exciton, phonon, or any other boson. To solve the electron-boson problem, and, first of all, to set up the description in terms of the most pertinent quasiparticles and bosons, is a major challenge of condensed matter theory. COUPE will face this challenge. Today, quasiparticles are most often described in the GW approximation to many-body perturbation theory, whereas for bosonic excitations one can resort to time-dependent density-functional theory (TDDFT). Only a few approaches exist to describe the coupled problem, with severe limitations. For example, a cumulant expansion on top of GW describes plasmon satellites, but cannot couple to spin excitations, and there is yet no systematic way for improvement. COUPE proposes a new combination of GW and TDDFT which couples quasiparticles to all kinds of bosonic excitations. This combination relies on a recently developed “connector theory” (CT), which allows using results from the homogeneous electron gas to describe inhomogeneous materials. COUPE will further apply it to the simulation of phase transitions in magnetic and superconducting materials under study at the synchrotron SOLEIL in Paris. Preliminary model results confirm the great potential of the approach envisaged in COUPE.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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