ABSTRACT: Under the action of an electric field, the electrons in a perfectly periodic ideal crystal do notdisplay a linear acceleration but, instead, present a surprising oscillatory behaviour describingthe so-called Bloch oscillations. From the experimental side, early experiments in 1970 by L.Esaki and R. Tsu tried their observation, but it was not until 1992 when J. Feldmann et al. found,for the first time, experimental evidence when working with highly pure semiconductor crystalsat very low temperatures. The usual ohmic behaviour arises from the collapse of the perfectperiodicity of the crystal due to, e.g. vibrations or impurities, that produces the destructionof these oscillations, making their observation impossible under normal conditions. On thecomputational side, many simulation methods reproduce the Bloch oscillations; however, fewrealistic techniques are prepared to simulate their destruction under realistic conditions likefinite temperature. Here, we study the evolution of Bloch oscillations into ohmic transport andthe various trends with the phonon frequency, the band width and the electron-lattice couplingapplying time-dependent second-principles density functional theory on a purely quantum onedimensionalmodel using the newly implemented scale-up code.
RESUMEN: Bajo la acción de un campo eléctrico, los electrones de un cristal ideal perfectamente periódico no presentan una aceleración lineal sino un sorprendente comportamiento oscilatorio, describiendo las llamadas oscilaciones de Bloch. Desde el punto de vista experimental, experimentos tempranos llevados a cabo por L. Esaki y R. Tsu trataron de observarlas, pero no fue hasta 1992 cuando J. Feldmann et al. encontraron, por primera vez, evidencias experimentales trabajando con cristales semiconductores de gran pureza a muy bajas temperaturas. El acostumbrado comportamiento óhmico surge debido a las roturas de la periodicidad perfecta del cristal causadas, por ejemplo, por vibraciones o impurezas, que producen la destrucción de estas oscilaciones, lo que hace que sea imposible observarlas en condiciones normales. Desde el punto de vista computacional, numerosos métodos de simulación son capaces de reproducir las oscilaciones de Bloch; no obstante, existen pocas técnicas realistas preparadas para simular su destrucción bajo condiciones realistas como temperatura finita. En este trabajo, estudiamos la evolución desde las oscilaciones de Bloch hasta el transporte óhmico y las diferentes tendencias con la frecuencia de los fonones, el ancho de banda y el acoplamiento electrón-red mediante la aplicación de la teoría del funcional de la densidad de segundos principios dependiente del tiempo, utilizando para ello el código scale-up recientemente implementado.
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