Symmetry and excitonic efects in the response properties of materials: A first-principles approach based on Gaussian Functions

• Autores: Manuel Antonio García Blazquez
• Directores de la Tesis: Juan José Palacios Burgos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 252
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • La presente tesis trata sobre el estudio teórico y computacional de ciertas propiedades de respuesta en sistemas de estado sólido, concretamente ante la exposición a un campo eléctrico estático o variable en el tiempo, considerando además propiedades magnéticas y efectos de correlación entre electrones. Se prioriza no sólo la obtención de resultados, sino la construcción desde primeros principios de métodos generales que puedan ser aplicados a una amplia variedad de problemas en física de la materia condensada. En este sentido, los hilos conductores del trabajo son el uso de bases de funciones localizadas, mayormente funciones Gaussianas, en la resolución numérica de las ecuaciones mecanocuánticas para los electrones, así como el análisis basado en las simetrías del sistema para predecir rasgos cualitativos eventualmente reflejados en los resultados numéricos. El aporte más destacado del presente trabajo es el desarrollo de un método teórico original para resolver la ecuación de Bethe-Salpeter (la cual rige el comportamiento de excitones o pares correlacionados electrón-hueco, esenciales en las propiedades ópticas de semiconductores y aislantes) en sistemas periódicos mediante el uso de bases Gaussianas, así como su implementación computacional para arquitecturas de alto rendimiento. Éste se trata del primer código de acceso abierto de su especie, y en general uno de los primeros para calcular excitones en sólidos utilizando bases localizadas sin recurrir a modelos efectivos. Otro tema aquí tratado en el campo de respuesta óptica es el estudio de ciertos aspectos relacionados con la simetría y la contribución de excitones, así como computacionales, de la corriente continua de rectificación como respuesta no lineal a un campo eléctrico variable en el tiempo. Por otra parte, derivamos desde primeros principios la teoría de grupos de espín, rescatada en los últimos años por su viabilidad en un mayor número de sistemas magnéticos de los que se pensaba, y la aplicamos para predecir y verificar la existencia de fases magnéticas no convencionales de altermagnetismo y ferrimagnetismo de Lieb en grafeno hidrogenado. El último de los estudios aquí tratados se basa en la determinación de las relaciones cualitativas entre polarización de espín, magnetización inducida y magneto-conductancia, propiedades físicas centrales en el fenómeno de transporte cuántico de espín a través de dispositivos nanoscópicos, y analizadas en base a simetrías en situaciones tanto de equilibrio como de aplicación de voltaje constante