Resumen de Attosecond spectroscopy in the x-ray regime in complex systems
- español
El movimiento ultrarrápido de los electrones es una fuerza impulsora de las reacciones químicas y la posibilidad de controlarlo lo convierte en una vía de estudio muy deseable. Esta tesis utiliza la mecánica cuántica de sistemas extendidos para simular experimentos de pump-probe como ATAS en los que los electrones pueden ser promovidos desde bandas internas y luego son libres de moverse a través de bandas que son responsables de las propiedades físicas de los materiales. La herramienta principal que se utilizará es la resolución de la ecuación de Von Neumann para la matriz de densidad en la representación del momento del cristal, por lo que habrá la posibilidad de realizar un seguimiento del movimiento de los electrones en tiempo real. Los temas principales de esta tesis son los solidos hexagonales en 2D, grafeno y hBN, así como su extensión en 3D, grafito. Las simulaciones permitirán promover electrones desde los niveles del núcleo (K edge) hacia bandas cercanas a la energía de Fermi, y todos los espectros que se observarán se muestran sensibles a las principales propiedades de los materiales; en caso de inyección de electrones desde la banda de valencia, además, el ATAS observado realiza un seguimiento de la interferencia que sienten los electrones. Además, se investigarán muchos métodos computacionales relacionados con la computación de alto rendimiento para la resolución de las ecuaciones de Von Neumann, para agilizar las simulaciones, ya que son muy exigentes desde el punto de vista numérico. Las metodologías utilizadas y los resultados obtenidos abren el camino para una comprensión más profunda de la física de los materiales, desde la coherencia electrónica hasta el control de sus estados cuánticos
- English
The ultrafast motion of electrons is a driving force for chemical reactions and the possibility to have control of it makes it a highly desirable avenue for study. This thesis uses the quantum mechanics of extended systems to simulate pump-probe experiments like ATAS in which the electrons can be promoted from inner shells and then are free to move through bands that are responsible for the physical properties of materials. The main tool that will be used is the resolution of the Von Neumann equation for the density matrix in crystal momentum representation, and so there will be the possibility to keep track of the real-time movement of electrons. The main subjects of this thesis are hexagonal lattices in 2D, graphene and hBN, as well as their extension in 3D, graphite. The simulations will allow to promote electrons from the core levels (K edge) to bands that are close to the Fermi energy, and all the spectra that will be observed are shown to be sensitive to the main properties of the materials; in case of injection of electrons from the valence band, also, the ATAS observed keep track of the interference felt by the electrons. Also, many computational methods related to high-performance computing will be investigated for the resolution of the Von Neumann equations, to speed up the simulations, as they are very demanding from the numerical point of view. The methodologies used and the results obtained pave the way for a deeper understanding of the physics of materials, from the electron coherence to the control of their quantum states
