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Effective modeling of charge-transferring atom-surface collisions

  • In this work, we theoretically investigate both aspects of charge-transferring atom-surface collisions: local-moment-type correlations and emission of secondary electrons from surfaces. Ideally, one chooses an approach that keeps as many electronic and lattice degrees of freedom at an ab-initio level as possible. In practice, however, this sophistication is hard to maintain. In this work, we do not aim to perform a description from first principles which could utilize density functional theory or quantum-chemical techniques. Instead, we keep only the most important degrees of freedom of the scattering process and use effective models for them. These are basically the Anderson-impurity model leading to time-dependent Anderson-Newns Hamiltonians and Gadzuk’s semiempirical approach to describe the projectile-target interaction from classical image shifts. In direct comparison with the description from first principles, the semiempirical approach offers a flexible basis for the modeling of a great variety of projectile-target combinations. The addition of further effective models to increase the general quality of the results is possible since the approach is very modular. The clear physical interpretation of each effective model, as well as the requirement for only a few and generally available parameters are further advantages of this approach. Rewritten in terms of Coleman’s pseudo-particle operators, the model is then numerically analyzed. This is done within a non-crossing approximation for the hybridization self-energies which are utilized by contour-ordered Green functions for each relevant electronic state of the projectile.
  • In dieser Arbeit werden mit Mitteln der Theorie beide Aspekte von ladungsübertragenden Atom-Oberflächen-Kollisionen untersucht: Korrelationen mit lokalen Momenten und die Emission von Sekundärelektronen aus Oberflächen. Idealerweise wählt man einen Ansatz, der so viele elektronische und Gitterfreiheitsgrade wie möglich auf einem ab-initio Niveau aufrechterhält. In der Praxis ist dieser hohe Anspruch jedoch nur schwer aufrechtzuerhalten. Ziel dieser Arbeit ist es daher nicht eine Beschreibung anhand erster Prinzipien vorzunehmen, die beispielsweise in der Dichtefunktionaltheorie oder von quantenchemischen Techniken aufgegriffen werden, sondern eine Beschreibung anhand effektiver Modelle, die lediglich die wichtigsten Freiheitsgrade des Steuprozesses konservieren, zu entwerfen. Dies umfasst im wesentlichen das Störstellenmodell von Anderson, was angewandt zu zeitabhägnigen Anderson-Newns-Hamiltonoperatoren führt, und den semiempirischen Ansatz von Gadzuk um die Projektil-Ziel-Wechselwirkungen mit Hilfe von klassischen Bildverschiebungen zu beschreiben. Im direkten Vergleich mit ab-Initio-Beschreibungen bietet der semiempirische Ansatz eine flexible Basis für die Modellierung einer Vielzahl von Kombinationen aus Stoßteilnehmern. Die Erweiterung um weitere effektive Modelle zur Erhöhung der allgemeinen Qualität der Ergebnisse ist möglich, da der Ansatz sehr modular ist. Die klare physikalische Interpretation jedes dieser effektiven Teilmodelle sowie die Forderung nach nur wenigen und allgemein verfügbaren Parametern sind weitere Vorteile dieses Ansatzes. Gefasst in Colemans Pseudoteilchendarstellung wird diese Modellierung anschließend numerisch ausgewertet. Dies geschieht innerhalb einer sogenannten Non-Crossing Approximation der Hybridisierungsselbstenergien, welche von kontourgeordneten Greenfunktionen für jeden relevanten elektronischen Zustand des Projektils genutzt werden.

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Metadaten
Author: Mathias Pamperin
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-33939
Title Additional (German):Effektive Modellierung von ladungsübertragenden Atom-Oberflächenstößen
Referee:PD Dr. Franz Xaver Bronold, Prof. Dr. Frithjof Anders
Advisor:PD Dr. Franz Xaver Bronold
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2019
Date of first Publication:2019/12/04
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2019/09/27
Release Date:2019/12/04
Tag:Kondo effect, mixed-valence correlations, non-equilibrium, secondary electron emission, semi-empirical
GND Keyword:Ladungstransfer, Modellierung, Stoß, Vielteilchensystem, Vielteilchentheorie
Pagenumber:107
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik