Tight-binding electronic structure of high Tc superconductors

New superconducting oxides have important crystallographic similarities. They are bulk perovskites or structure derived compounds such as the K 2NiF4 one, with an alternating nature : the oxygen atoms nearest-neighbours are metallic atoms and vice-versa. We show that this structural property has important consequences on the electronic structure. We first present a general formalism allowing us to describe in a simple way the electronic structure as soon as one has an alternating lattice. In a second part, we illustrate this method for different oxides related with the high T c superconductors. Lastly, we show the results we obtain with the alternating lattice method in the two-band model of the CuO2 plane which is characteristic of the copper-based new superconductors.Les nouveaux oxydes supraconducteurs ont des similarités importantes au niveau de leur structure cristallographique. Ce sont des perovskites, ou des composés de structure dérivée qui ont en commun une nature alternée : les premiers voisins des atomes d'oxygène sont des atomes métalliques et réciproquement. Nous montrons que cette particularité structurale a des conséquences très importantes sur la structure électronique. Dans ce but, nous présentons d'abord un formalisme général permettant de décrire simplement la structure électronique proche du niveau de Fermi, dès que l'on a un réseau alterné. Dans la seconde partie, nous illustrons la méthode pour différents oxydes en lien avec les supraconducteurs à haute température critique à base de cuivre ou de bismuth. Enfin, nous montrons les résultats obtenus par la méthode du réseau alterné pour le modèle à deux bandes du plan CuO2, entité de base des nouveaux supraconducteurs à base de cuivre

The Functional Form of Angular Forces around Transition Metal Ions in Biomolecules

A method for generating angular forces around $\sigma$-bonded transition metal ions is generalized to treat $\pi$-bonded configurations. The theoretical approach is based on an analysis of a ligand-field Hamiltonian based on the moments of the electron state distribution. The functional forms that are obtained involve a modification of the usual expression of the binding energy as a sum of ligand-ligand interactions, which however requires very little increased in CPU time. The angular interactions have simple forms involving sin and cos functions, whose relative weights depend on whether the ligands are $\sigma$- or $\pi$-bonded. They describe the ligand-field stabilization energy to an accuracy of about 10%. The resulting force field is used to model the structure of small clusters, including fragments of the copper blue protein structure. Large deviations from the typical square copper coordination are found when $\pi$-bonded ligands are present.Comment: Latex source, 9 postscript figure

Study of structures and thermodynamics of CuNi nanoalloys using a new DFT-fitted atomistic potential

Shape, stability and chemical ordering patterns of CuNi nanoalloys are studied as a function of size, composition and temperature. A new parametrization of an atomistic potential for CuNi is developed on the basis of ab initio calculations. The potential is validated against experimental bulk properties, and ab initio results for nanoalloys of sizes up to 147 atoms and for surface alloys. The potential is used to determine the chemical ordering patterns of nanoparticles with diameters of up to 3 nm and different structural motifs (decahedra, truncated octahedra and icosahedra), both in the ground state and in a wide range of temperatures. The results show that the two elements do not intermix in the ground state, but there is a disordering towards solid-solution patterns in the core starting from room temperature. This order-disorder transition presents different characteristics in the icosahedral, decahedral and fcc nanoalloys

APPLICATION DE LA MÉTHODE DES MOMENTS AUX SURFACES

Les moments de la densité d'états du spectre d'électrons traités en liaisons fortes, de phonons ou de magnons, peuvent se calculer par une technique de décompte de chemins sur le réseau cristallin. Cette technique s'applique aisément au cas des surfaces. Comme exemples d'application de cette méthode de moments, nous étudions des propriétés de la bande d des métaux de transition en présence de surfaces : tension superficielle, énergie de liaison d'atomes, énergie de formation de lacunes. Nous décrivons aussi brièvement les possibilités d'application au spectre de phonons et en particulier l'entropie de surface.The moments of the density of states of a spectrum of electrons in the tight binding limit, phonons and magnons can be computed by a walk counting method. This technique can be used easily for surfaces. As examples of application of this method of moments, we study some properties of transition metals related to surfaces : surface tension, binding energy of adatoms, formation energy of a vacancy. We describe also briefly some possibilities of application to the phonon spectrum, as the surface entropy

EXPANSION IN MOMENTS AND DISORDERED SYSTEMS

On montre que la technique de développement en moments de la densité d'états est un outil très utile pour l'étude des systèmes désordonnés. Les moments peuvent être calculés directement comme une fonction des intégrales de recouvrement et de l'ordre local caractérisant le système. Parmi les techniques possibles pour obtenir la densité d'états à partir de la seule connaissance de ses premiers moments, la meilleure repose sur un développement en fraction continue de sa transformée de Hilbert. Cette méthode est brièvement discutée, et l'on montre comment des informations précises peuvent être obtenues sur d'éventuelles bandes d'énergie interdite ou d'éventuels points critiques dans la densité d'états. On donne ensuite des exemples des applications possibles de la méthode des moments à différents cas de systèmes désordonnés. Dans le cas des systèmes à désordre de composition, c'est-à-dire par exemple des alliages désordonnés, cette méthode permet une nouvelle simple déviation de l'approximation de potentiel cohérent, et peut être utilisée pour obtenir des résultats étendant cette approximation. Dans le cas des systèmes avec désordre topologique, c'est-à-dire par exemple les métaux liquides ou les bandes d'impuretés, on donne des densités d'états détaillées, en utilisant en particulier une approche de simulation de ces systèmes sur ordinateur.Expansion of the density of states in its moments is shown to provide a useful tool in the study of the electronic properties of tightly bound disordered systems. The moments can be directly computed as a function of the overlap integrals and the local order of the system. Among the possible techniques for obtaining the density of states from its low order moments, the best one, using a continued fraction expansion of its Hilbert transform, is briefly discussed. It is also shown how information about the possible band gaps and the remnants of critical points structure can be obtained through this technique. Examples of the possible applications of the moment method to various cases of disordered systems are then given. For systems with compositional disorder, i.e. disordered alloys, this approximation which provides a new simple derivation of the coherent potential approximation (CPA), can be used to obtain results extending the CPA. For systems with topological disorder, i.e. impurity bands of liquid metals, detailed density of states are given, using in particular a simulation of the random system on the computer