Towards the Description of Core-Excited States within the Framework of Many-Body Perturbation Theory

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung effizienter und robuster Methoden zur Beschreibung von Ladungs- und ladungsneutralen Anregungen von kernnahen Zuständen in molekularen Systemen mittels Vielteilchen-Störungstheorie. Um auch die Anwendbarkeit auf Systeme, die schwere Elemente beinhalten, zu gewährleisten, wird der Formalismus in einem zwei-komponentigen Kramers-symmetrischen Rahmen präsentiert. Dies erlaubt neben skalarrelativistischen Effekten auch die explizite Beschreibung der Spin-Bahn-Wechselwirkung. Die erarbeiteten Ansätze bleiben jedoch auch im ein-komponentigen, nichtrelativistischen Grenzfall gültig. Es wird eine neue Methode zur Berechnung von Quasiteilchenenergien in der GW-Näherung vorgestellt und bewertet. Dabei wird die Beschreibung von Ladungsanregungen, den Ionisierungsenergien und Elektronenaffinitäten, gleichermaßen für Valenz- und Rumpfelektronen ermöglicht. Diese Technik verringert gerade für die letztere Anwendung den Aufwand drastisch im Vergleich zu etablierten Methoden und besitzt zudem auch Vorteile für Systeme mit einer hohen Zustandsdichte. Die so erhaltenen Quasiteilchenenergien werden im Weiteren als Ausgangspunkt zur Berechnung von ladungsneutralen Anregungen, wie sie zur Beschreibung von Experimenten aus der Röntgenabsorptionsspektroskopie benötigt werden, mittels der Bethe-Salpeter Gleichung verwendet. Es werden zwei Ansätze diskutiert, die bereits im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie und post-Hartree–Fock Methoden bekannt sind. Erstere folgt der gedämpften linearen Antworttheorie und führt eine künstliche Lebenszeit für angeregte Zustände ein. Dies ermöglicht die Berechnung dynamischer Polarisierbarkeiten für beliebige Frequenzen. Die zweite Methode nutzt die schwache Kopplung zwischen den Anregungen rumpfnaher und Valenzelektronen in der elektronischen Hesse-Matrix. Das Problem wird in einem entsprechenden Unterraum der Einfachanregungen von Rumpfelektronen gelöst. Beide Methoden werden im Folgenden zusammen mit den entsprechenden Implementierungen vorgestellt und auf die Möglichkeit zur Beschreibung von Anregungen von kernnahen Elektronen bewertet. Die Ergebnisse werden mit weiteren Methoden, sowie experimentellen Daten verglichen, und auf reale Fragestellungen angewandt

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