Ernst Arthur, Dr. rer. nat.

Multiple-scattering theory: new developments and applications

Kumulative Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium habilitatus (Dr. rer. nat. habil.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät II der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beschlußdatum 14.12.2007

Abstract
Eine effiziente Methode, die elektronischen Eigenschaften eines Ensembles von Atomen zu berechnen, ist die Vielfachstreutheorie. Sie liefert explizit die Greensche Funktion, die in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt werden kann, wie Magnetismus, elektronischer Transport oder Spektroskopie. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die jüngsten Entwicklungen im Rahmen der Vielfachstreutheorie. Eine der bedeutensten Neuerungen ist die Implementation von Selbstwechselwirkungskorrekturen im Rahmen des Vielfachstreuformalismus. Diese erlauben erlauben eine realistische Beschreibung der elektronischen Struktur für stark lokalisierte Elektronen. Diese Methode kann in Kombination mit der coherent potential approximation (CPA) ebenso zur Beschreibung von Legierungen und Pseudolegierungen verwendet werden. Dieser Formalismus beinhaltet auch eine Beschreibung für endliche Temperaturen, die die Untersuchung von Phasenübergängen oder thermischen Fluktuationen in korrelierten Systemen gestattet. Eine weitere Neuentwicklung ist die Implementation eines selbskonsistenten Ansatzes für die nicht-lokale CPA, der Ladungswechselwirkungen um das CPA Mittel und chemische kurzreichweitige Ordnung berücksichtigt. Dieser Formalismus ist auf eine relativistische Beschreibung magnetisch geordneter Systeme erweitert worden. Weiterhin wurden zahlreiche Verbesserungen ausgearbeitet, die die numerische Effizienz optimieren und die Genauigkeit der KKR Greens Funktionsmethode erhöhen. Die Vielseitigkeit des Ansatzes wird anhand verschiedener Anwendungen dargestellt.

Multiple-scattering theory (MST) is a very efficient technique for calculating the electronic properties of an assembly of atoms. It provides explicitly the Green function, which can be used in many applications such as magnetism, transport and spectroscopy. This work gives an overview on recent developments of multiple-scattering theory. One of the important innovations is the multiple scattering implementation of the self-interaction correction approach, which enables realistic electronic structure calculations of systems with localized electrons. Combined with the coherent potential approximation (CPA), this method can be applied for studying the electronic structure of alloys and as well as pseudo-alloys representing charge and spin disorder. This formalism is extended to finite temperatures which allows to investigate phase transitions and thermal fluctuations in correlated materials. Another novel development is the implementation of the self-consistent non-local CPA approach, which takes into account charge correlations around the CPA average and chemical short range order. This formalism is generalized to the relativistic treatment of magnetically ordered systems. Furthermore, several improvements are implemented to optimize the computational performance and to increase the accuracy of the KKR Green function method. The versatility of the approach is illustrated in numerous applications.

Keywords:
Vielfachstreutheorie, Elektronische Struktur, Magnetismus, Stark Korrelierte Elektronensysteme, Spektroskopie, Oberflächenphysik, Phasenübergänge, Unordnungen, Defekte

multiple scattering theory, electronic structure, magnetism, strongly correlated systems, spectroscopy. surface physics, phase transitions, disorder, defects

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