Simulación de propiedades ópticas desde segundos principios

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se ha estudiado la posibilidad de simular las propiedades ópticas de sistemas sencillos en estado sólido (cadenas lineales diatómicas) mediante el uso de técnicas de segundos principios. Para ello, se ha partido de varios modelos de enlace fuerte que contienen una banda de valencia y una banda de conducción de diferente origen químico y que resultan en sistemas con distintas propiedades ópticas incluyendo situaciones con gap directo y otras con gap indirecto. Resolviendo en tiempo real la ecuación del movimiento de los electrones se ha podido encontrar la constante dieléctrica con la frecuencia para estos sistemas modelo y relacionarla con su diagrama de bandas y la densidad de estados. Podemos observar como, a diferencia de lo sugerido en muchos textos, la densidad de estados aporta una información muy limitada para entender las propiedades ópticas. Finalmente, observamos que bajo ciertos parámetros de la simulación (elementos de transición dipolar grandes y/o altos campos eléctricos) se excita un gran número de pares electrón-hueco y se pueden visualizar efectos de tipo excitónico que podemos asociar a cambios dinámicos del potencial de Madelung en el sistema.

ABSTRACT: This project studies the possibility of simulating the optical properties of simple systems (diatomic linear chains) in a solid state employing second principle techniques. In order to do so the starting points have been various models based on tight binding which contain a valence band and a conduction band. These bands have a different chemical origin and are present in systems with different optical properties including situations with direct gap and others with indirect gap. Solving in real time the equation of motion of the electrons, it has been possible to find the relation between the dielectric constant and the frequencies for these systems, therefore studying the conexion between the bands diagram and the density of states with the previously mentioned. We can observe how, opposite to what is suggeted in many texts, the density of states offers a very limited amount of information to understand the optical properties. Finally, we can notice that under certain simulation parameters (big dipole transition elements and/or high electric fields) a great number of electron-hole pairs are excited. Resulting in excitonic effects that are possible to associate to dynamic changes of the Madelung potential in the system.