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Plasmonique à l’échelle quantique

Que fait-on ?

Nous cherchons à caractériser les plasmons acoustiques, à dispersion linéaire, induits par les états de surface.

Nous étudions l’effet de couplage spin-orbite et le confinement induit par les marches sur la structure électronique et les plasmons de surfaces d’or et d’argent à grand indice de Miller.

Comment le fait-on ?

Parmi les approches quantiques, la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) permet de décrire la réponse linéaire du matériau à une excitation électronique, et de prédire les énergies des plasmons.

Notre équipe a développé un algorithme performant pour la TDDFT à vecteur d’onde fini afin d’étudier la plasmonique à l’échelle quantique [1].

Cet algorithme, développé au LSI en collaboration avec l’École Internationale d’Études Avancées (SISSA) à Trieste, et le Centre International de Physique Théorique (ICTP) à Trieste, a été rendu public en tant que branche du logiciel Quantum ESPRESSO, sous licence GNU [2,3].

Pourquoi le fait-on ?

Lorsqu’ils sont couplés à un champ électromagnétique, les plasmons acoustiques permettent de le confiner à la surface du matériau ou de la nanostructure.

Dans quel cadre le fait-on ?

L’étude des plasmons de surface bénéficie d’un soutien de 15 millions d’heures de calcul par l’initiative européenne PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) jusqu’en mars 2019.

Références

[1]   I. Timrov, N. Vast, R. Gebauer, S. Baroni, Electron energy loss and inelastic x-ray scattering cross sections from time-dependent density-functional perturbation theory, Physical Review B (2013)

[2]  I. Timrov, N. Vast, R. Gebauer, S. Baroni, turboEELS—A code for the simulation of the electron energy loss and inelastic X-ray scattering spectra using the Liouville–Lanczos approach to time-dependent density-functional perturbation theory. Computer Physics Communications (2015)

[3] P. Giannozzi et al, Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO, Journal of  Physics: Condensed Matter (2017).

[4] O. Motornyi, M. Raynaud, A. Dal Corso, N. Vast, Simulation of electron energy loss spectra with the turboEELS and thermo pw codes, Journal of Physics : Conference Series (2018)

 [5] I. Timrov, M. Markov, T. Gorni, M. Raynaud, O. Motornyi, R. Gebauer, S. Baroni, N. Vast, Ab initio study of electron energy loss spectra of bulk bismuth up to 100 eV. Physical Review B (2017)