Cálculo del tiempo de vida media de electrones excitados en metales y metales de transición a partir de primeros principios: influencia del potencial de Hubbard

Abstract

En el presente trabajo se hace una revisión sucinta de cómo fueron obtenidos experimentalmente los tiempos de vida media de electrones en metales. Se revisa el potencial de Hubbard para estimar la interacción electrón-electrón entre los electrones de valencia de los metales de transición. Se toma en cuenta la teoría de probabilidades de transición de electrones en metales para el cálculo de la vida media de electrones dispersados inelásticamente que salen del nivel de Fermi de un metal al ser excitados por un fotón incidente. Si el metal no es de transición, se calculan las funciones de onda expandiéndolas en una base de ondas planas. Y si el metal es de transición, se realizarán los cálculos de las funciones de ondas tomando en cuenta el potencial de Hubbard. Para ello se calcula la densidad de estados del metal con el potencial de Hubbard. Aquel valor del potencial de Hubbard que reproduzca mejor la densidad de estados experimental es el que se tomará en cuenta para el cálculo de las funciones de onda. Estas funciones de onda se calculan usando la aproximación de densidad local más el potencial de Hubbard (LDA + U) y se expresan dichas funciones expandiéndolas en base de ondas planas. Todos los cálculos de las funciones de onda se obtienen usando el programa QUANTUM ESPRESSO. El programa OCTAVE toma los coeficientes de dicha expansión y calcula los elementos de matriz y la función de respuesta dieléctrica, con los que finalmente se calcula el tiempo de vida media de los electrones excitados en metales. Se muestran los resultados de los cálculos del tiempo de vida media realizados en metales simples como el Aluminio, metales nobles como el Oro y la Plata y en metales de transición como el Molibdeno y el Tantalio, y se comparan con datos experimentales tomados de la literatura. Los errores porcentuales cuando se comparan los valores calculados con los experimentales son bastante aceptables en muchos casos.