Modelos de correlación electrónica multiorbital para describir sistemas interactuantes átomo-superficie en y fuera del equilibrio

Abstract

Analizamos sistemas átomo-superficie en los que la interacción electrónica es relevante. Con ese objetivo, derivamos e implementamos una solución al modelo de Anderson extendido en la forma de Hamiltoniano iónico y bajo la aproximación de U-infinito. Los muchos orbitales atómicos considerados conducen a múltiples configuraciones electrónicas, que se consideran de forma correlacionada. La solución se encuentra en términos de funciones de Green-Keldysh adecuadas, aplicando el método de ecuaciones de movimiento y cerrando el sistema en un segundo orden en el término de interacción átomo-banda. Este enfoque permite una identificación precisa de las fluctuaciones entre configuraciones, que determinan la estructura electrónica de los sistemas estudiados. Aplicamos el modelo derivado para estudiar efectos de correlación en átomos de Co adsorbidos en diferentes superficies en situaciones de equilibrio y fuera del equilibrio. Calculamos densidades espectrales, ocupaciones orbitales y espectros de conductancia a diferentes temperaturas y niveles de energía y evaluamos la contribución de las posibles configuraciones atómicas en cada caso. Estudiamos los efectos de la estructura de bandas de la superficie en el intercambio de carga entre un átomo de hidrógeno y diferentes superficies en un proceso dinámico de colisión. La evolución temporal se resuelve utilizando un tratamiento perturbativo de segundo orden de la repulsión electrónica en el modelo de Anderson. Se implementan herramientas de posprocesamiento adecuadas para obtener los parámetros que describen los sistemas de interés y para calcular la conductancia cercana al equilibrio a partir de datos obtenidos utilizando teoría del funcional densidad.

We analyze atom-surface systems in which the electronic interaction is relevant. With that aim, we derive and implement a solution to the extended Anderson model in the ionic Hamiltonian form and under the infinite-U approximation. The many atomic orbitals lead to multiple electronic configurations, which are considered in a correlated way. The solution is found in terms of suitable Green-Keldysh functions by applying the equations of motion method, closing the system in a second order in the atom-band terms. This approach allows a precise identification of the relevant fluctuations between configurations, which determine the electronic structure of the studied systems. We apply the derived model to study correlation effects in Co atoms adsorbed on different surfaces in equilibrium and out-of-equilibrium situations. We calculate spectral densities, orbital occupations and conductance spectra at different temperatures and energy levels, and evaluate the contribution of the possible atomic configurations in each case. We study the effects of the surface band structure in the charge exchange between a hydrogen atom and different surfaces in a dynamical collision process. The time dependent evolution is solved by using a second order perturbative treatment of the electron repulsion within the Anderson model. Adequate post-processing tools are implemented to obtain the parameters that describe the systems of interest and to calculate near-equilibrium conductance from density functional theory.