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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-94803
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9480/


Electronic structure and magnetic properties of strongly correlated materials : Development of a DFT + DMFT method

Elektronische Struktur und magnetische Eigenschaften von stark korrelierten Materialien : Entwicklung der DFT+DMFT-Methode

Kristanovski, Oleg

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SWD-Schlagwörter: Kondensierte Materie , Elektronische Struktur
Freie Schlagwörter (Deutsch): Elektronische Struktur , Magnetische Eigenschaften , stark korrelierte Materialien
Freie Schlagwörter (Englisch): Condensed Matter: Electronic Structure , Electrical , Magnetic Properties , strongly correlated materials
Basisklassifikation: 33.10 , 33.75 , 33.61 , 33.60
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lichtenstein, Alexander (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.12.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 20.12.2018
Kurzfassung auf Englisch: This thesis is devoted to a theoretical investigation of systems containing strongly correlated electrons using a methodology for an ab initio description taking into account many - body effects. The combination DFT + DMFT was developed in a charge self - consistent manner. In the first part we study the impact of dynamical correlations on the energetics and phase stability of Fe3Al, and on the intricate gap opening
in Fe2VAl. The charge self - consistency obtains special importance for the calculation of the correlated charge density and the magnetic energy to achieve a better characterization and understanding of the phase stability of bcc - based DO3 − Fe3Al. The DFT + DMFT gap size and its sensitivity to temperature are in excellent agreement with experimental results for F e2V Al compound. We also present a detailed many - body study of the effect of oxygen vacancies in rutile - TiO2, both in the lower and in the higher concentration range.
The presented method is nontrivial; problems exsist to avoid double - counting of correlation effects. The parts of the Coulomb interaction already contained in the DFT - Hamiltonian have to be corrected approximative in the DFT + DMFT scheme. This double - counting correction results from a spherically symmetric treatment, but the DFT part of the Hartree and the exchange - correlation energies remain accounted together with the nonspherical contributions into the DFT + DMFT energy functional. We developed the method so that the nonspherical contributions of the double - counting could be re-moved in the DFT+ DMFT total - energy charge self - consistent calculations. The presented method was applied for the calculation
of the total energy and structural optimization of the superconductor LaFeAsO.
Finally, motivated by the new type of tunneling mechanism in recent experiments, we test the temperature and magnetic field dependence of the magnon spectra within the self - consistent spin - wave theory
Kurzfassung auf Deutsch: Diese Arbeit widmet sich einer theoretischen Untersuchung von Systemen mit stark korrelierten Elektronen mit Hilfe einer Methode, die dazu dient, eine ab initio Beschreibung unter der Berücksichtigung von Vielteilcheneffekte zu realisieren. Die Verbindung DFT + DMFT wurde in einer ladungsselbstkonsistenten Weise realisiert. Als Erstes untersuchen wir die Auswirkung der dynamischen Korrelationen auf die Energie- und Phasenstabilität von Fe3Al, als auch auf die komplizierte Energielückenöffnung von der Fe2VAl - Verbindung. Eine ladungsselbstkonsistente Version von DFT + DMFT ist wichtig, um die korrelierte Ladungsdichte und magnetische Energie richtig zu bekommen, damit eine bessere Charakterisierung und ein besseres Verständnis der Phasenstabilität von bcc - basiertem DO3 − Fe3Al zu erreichen. Die errechnete DFT + DMFT - Spaltgröße und ihre Temperaturempfindlichkeit stimmen hervorragend mit den experimentellen Ergebnissen für Fe2VAl überein.
In dieser Arbeit präsentieren wir auch eine detaillierte Vielteilchenuntersuchung der Wirkung von Sauerstoffleerstellen in Rutil - TiO2 sowohl im unteren als auch im höheren Konzentrationsbereich.
Die verwendete Methode ist nicht trivial, insbesondere Proble-
me bestehen, die Doppelzählung vom Korrelationseffekten zu vermeiden. Die bereits im DFT - Hamilton - Operator enthaltenen Teile der Coulomb - Wechselwirkung (Hartree- and Austauschkorrelationsterme) müssen in dem DFT + DMFT - Schema approximativ korrigiert werden. Diese Doppelzählungskorrektur ergibt sich aus eine sphärisch symmetrischen Behandlung. Der DFT - Teil der Hartree- und der Austauschkorrelationsenergien bleiben zusammen mit den nichtsphärischen Beiträgen in dem DFT + DMFT - Energiefunktional erhalten. Wir haben die Methode entwickelt, so dass diese nichtsphärische Doppelzählung in DFT + DMFT ausgeschlossen werden können. Die dargestellte Methode wird für die Berechnung der Gesamtenergie und strukturellen Optimierung des Supraleiters LaFeAsO angewendet.
Abschließend motiviert durch eine neue Art des Tunnelmechanismus untersuchen wir die Temperatur- und Magnetfeldabhängigkeit der Magnonenspektren innerhalb der selbstkonsistenten Spinwellentheorie

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