Non-perturbative embedding of local defects in crystalline materials

We present a new variational model for computing the electronic first-order density matrix of a crystalline material in presence of a local defect. A natural way to obtain variational discretizations of this model is to expand the difference Q between the density matrix of the defective crystal and the density matrix of the perfect crystal, in a basis of precomputed maximally localized Wannier functions of the reference perfect crystal. This approach can be used within any semi-empirical or Density Functional Theory framework.Comment: 13 pages, 4 figure

A new approach to the modelling of local defects in crystals: the reduced Hartree-Fock case

This article is concerned with the derivation and the mathematical study of a new mean-field model for the description of interacting electrons in crystals with local defects. We work with a reduced Hartree-Fock model, obtained from the usual Hartree-Fock model by neglecting the exchange term. First, we recall the definition of the self-consistent Fermi sea of the perfect crystal, which is obtained as a minimizer of some periodic problem, as was shown by Catto, Le Bris and Lions. We also prove some of its properties which were not mentioned before. Then, we define and study in details a nonlinear model for the electrons of the crystal in the presence of a defect. We use formal analogies between the Fermi sea of a perturbed crystal and the Dirac sea in Quantum Electrodynamics in the presence of an external electrostatic field. The latter was recently studied by Hainzl, Lewin, S\'er\'e and Solovej, based on ideas from Chaix and Iracane. This enables us to define the ground state of the self-consistent Fermi sea in the presence of a defect. We end the paper by proving that our model is in fact the thermodynamic limit of the so-called supercell model, widely used in numerical simulations.Comment: Final version, to appear in Comm. Math. Phy

Modélisation mathématique et simulation numérique de la structure électronique de cristaux en présence des défauts ponctuels

We present mathematical results obtained for a new mean-field model dedicated to the description of interacting electrons in crystals with local defects. Our model is derived from the so-called supercell model by a thermodynamic limit procedure. We work with a reduced Hartree-Fock model, obtained from the extended KohnSham model by neglecting the exchange-correlation term. The models used and the obtained results are presented in chapter 2 and then proved in chapter 4. Chapters 3 and 5 deal with the numerical simulation of our mode!. Our approach consists of a variational approximation in a precomputed basis set of Wannier functions of the reference perfect crystal. Sorne nurnerical results obtained on a one-dirnensional rnodel with Yukawa interaction potential are presented.Nous présentons des résultats mathématiques obtenus pour un nouveau modèle de champ moyen dédié à la description d'électrons quantiques interagissant dans des cristaux comportant des défauts locaux. Ce modèle est dérivé du modèle dit de supercellule par un procédé de limite thermodynamique. ous travaillons avec un modèle de Hartree-Fock réduit, obtenu à partir du modèle de Kohn-Sham étendu en négligeant le terme d'échange-corrélation. Les modèles utilisés et les résultats obtenus sont présentés au chapitre 2 puis démontrés au chapitre 4. Les chapitres 3 et 5 sont consacrés à la simulation numérique de notre modèle. Notre approche consiste à mettre en œuvre une approximation variationnelle dans une base précalculée de fonctions de Wannier du cristal parfait de référence. Nous présentons quelques résultats numériques obtenus sur un modèle uni dimensionnel avec un potentiel d'interaction de Yukawa

Modélisation mathématique et simulation numérique de la structure électronique de cristaux en présence des défauts ponctuels

Nous présentons des résultats mathématiques obtenus pour un nouveau modèle de champ moyen dédié à la description d'électrons quantiques interagissant dans des cristaux comportant des défauts locaux. Ce modèle est dérivé du modèle dit de supercellule par un procédé de limite thermodynamique. ous travaillons avec un modèle de Hartree-Fock réduit, obtenu à partir du modèle de Kohn-Sham étendu en négligeant le terme d'échange-corrélation. Les modèles utilisés et les résultats obtenus sont présentés au chapitre 2 puis démontrés au chapitre 4. Les chapitres 3 et 5 sont consacre s à la simulation numérique de notre modèle. Notre approche consiste à mettre en œuvre une approximation variationnelle dans une base précalculée de fonctions de Wannier du cristal parfait de référence. Nous présentons quelques résultats numériques obtenus sur un modèle uni dimensionnel avec un potentiel d'interaction de Yukawa.MARNE-LA-VALLEE-ENPC-BIBL. (774682303) / SudocSudocFranceF