Modelling the spectral functions of simple metals
(2026) FYSK04 20251Department of Physics
Mathematical Physics
- Abstract
- The subject of this work is the simulation of photoemission spectra of simple metals. The simulation is performed using a model based on a dynamical exchange correlation potential. Angle-resolved photoemission spectra at the Γ point, and valence band photoemission spectra are simulated for Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Al and Si. The predicted bandwidths show good agreement with experimental results, with the exception of Li. A concise overview of the field places the model in historical context. Despite its simplicity, the model reproduces results in favourable agreement with experiment, and it is computationally much less costly in comparison with traditional methods. It is a first step towards simpler computation of complex materials.
- Popular Abstract (Swedish)
- Studier av olika material och deras egenskaper har en lång historia. Från de fyra elementen till alkemi och slutligen till modern fysik. Modern forskning ägnar mycket tid åt att undersöka exotiska material som beter sig på annorlunda sätt än metaller och endast existerar under extrema förhållanden. De exotiska materialens beteende kommer ifrån hur elektronerna, de minsta av atomernas byggstenar, påverkar varandra. För att simulera materialen krävs komplexa algoritmer och mycket datorminne men ny forskning siktar mot att minska beräkningstiden med en ny metod.
Modeller av material, börjar likt en målning med en kanvas; här är den simplaste modellen, som att måla en bakgrunds färg, ett jämnt täcke av elektroner. Detta hav av elektroner... (More) - Studier av olika material och deras egenskaper har en lång historia. Från de fyra elementen till alkemi och slutligen till modern fysik. Modern forskning ägnar mycket tid åt att undersöka exotiska material som beter sig på annorlunda sätt än metaller och endast existerar under extrema förhållanden. De exotiska materialens beteende kommer ifrån hur elektronerna, de minsta av atomernas byggstenar, påverkar varandra. För att simulera materialen krävs komplexa algoritmer och mycket datorminne men ny forskning siktar mot att minska beräkningstiden med en ny metod.
Modeller av material, börjar likt en målning med en kanvas; här är den simplaste modellen, som att måla en bakgrunds färg, ett jämnt täcke av elektroner. Detta hav av elektroner är best lämpat för att beskriva beteendet av material där elektronerna har mycket frihet att röra sig. Detta skiljer sig från verkligheten där material byggs upp av återupprepande möter av kristaller, likt bordssalt. Material som beskrivs väl av ett elektron hav finns oftast längs till vänster i det periodiska systemet och karaktäriseras av grundämnen så som litium och natrium. I ett labb mäts den djupet på elektronerna genom att stråla intensivt ljus på materialet, genom den så kallade fotoelektriska effekten. Experimentet är relativt simpelt och står i kontrast till beräkningar där även en enkel modell som ett elektron hav har en tung beräkningsbelastning och innehåller många komplexa steg.
I rapporten undersöks en nyfunnen metod som minskar beräkningsbelastningen. Modellen siktar på att eliminera flera steg i beräkningen på moderna metoder. Rapporten tittar på hur väl metoden återskapar djupet hos elektronerna i det hav av elektroner vi tidigare beskrivit. Specifikt tittar rapporten på grundämnena Litium, Natrium, och andra ämnen i samma kolumn av periodiska systemet. Dessa grundämnena är lätta att beskriva och är en bra utgångspunkt för att testa metoden. Simuleringen av djupet av de elektroner som är på botten elektron havet jämförs med samma elektroner från experiment för att se hur väl metoden fungerar.
Resultaten är lovande, metoden överträffar förväntningarna och återskapar väl elektrondjupet hos alla grundämnen förutom Litium. Litium är ett lätt grundämne och det är tidigare känt att det återskapas sämre av elektronhav än natrium och andra grundämnen i samma kolumn. Det exalterande i resultaten är att tyngre grundämnen i samma kolumn återskapas väl, något som var oväntat. Detta är ett tecken på att metoden kan utvecklas vidare och utvecklas för modeller mer komplexa än ett elektron hav.
Med försäkrande resultat riktas blickarna framåt. Det finns vägar två framåt som är närmast och fortsätter att utveckla metoden. Först att titta på ett mindre system med ett begränsat antal elektroner för att se om metoden håller för ett välstuderat material. Det andra är att röra sig mot mer realistiska kristalliserande system genom att byta ut elektron havet mot en annan bakgrund, en mer strukturerad målning. Oavsätt valet glimtar dörren för en ny metod som är mer praktisk och ett nytt perspektiv på välanvända metoder. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9216493
- author
- Larsson Rydström, Max LU
- supervisor
- organization
- course
- FYSK04 20251
- year
- 2026
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- language
- English
- id
- 9216493
- date added to LUP
- 2026-01-23 14:39:25
- date last changed
- 2026-01-23 14:39:25
@misc{9216493,
abstract = {{The subject of this work is the simulation of photoemission spectra of simple metals. The simulation is performed using a model based on a dynamical exchange correlation potential. Angle-resolved photoemission spectra at the Γ point, and valence band photoemission spectra are simulated for Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Al and Si. The predicted bandwidths show good agreement with experimental results, with the exception of Li. A concise overview of the field places the model in historical context. Despite its simplicity, the model reproduces results in favourable agreement with experiment, and it is computationally much less costly in comparison with traditional methods. It is a first step towards simpler computation of complex materials.}},
author = {{Larsson Rydström, Max}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Modelling the spectral functions of simple metals}},
year = {{2026}},
}