Effet combiné des interactions anharmoniques et d'échange sur les spectres des phonons – ACCEPT

Le but de ce projet est d'aller au-delà de l'état de l'art dans le calcul non-perturbatifs des spectres anharmoniques et du couplage électron-phonon en utilisant des approximations avancées pour le potentiel d’échange et corrélation. Dans plusieurs travaux précédents, nous avons démontré que l'approximation harmonique autocohérente stochastique (« Stochastic Self Consistent Harmonic Approximation », SSCHA) développée par nous permet une description précise des spectres de phonons anharmoniques dans la limite non perturbative. Nous avons appliqué cette méthode avec succès aux supraconducteurs, aux ferroélectriques et aux systèmes d'ondes de densité de charge. Nous avons cependant constaté que les calculs SSCHA basés sur les énergies totales et les constantes de force obtenues par la théorie fonctionnelle de densité avec les fonctionnelles LDA / GGA, sous-estiment considérablement les températures critiques des ordres ferroélectriques et de densité de charge. Ceci est dû à l'erreur introduite par la fonctionnelle d’échange et corrélation sur les énergies totales, les forces et les volumes. De plus, dans le cas du graphène, TiSe2, ZrNCl et HfNCl, nous avons montré que l'interaction électron-phonon est largement sous-estimée dans les approximations LDA/GGA. Dans ce projet, nous prévoyons d'aller bien au-delà de l'état de l'art dans le calcul des spectres de phonons en (i) développant une approche par différence finie systématique pour évaluer le couplage électron-phonon dans les solides avec l'échange exact et (ii) obtenir la dependence en température des spectres de phonons anharmoniques dans le régime non-perturbatif en utilisant la SSCHA avec inclusion de fonctionnelles hybrides comme moteurs d'énergie totale et des forces. Nous appliquerons la méthode à: (i) l'étude de la distorsion structurelle et du couplage exciton-phonon dans le carbyne, le système prototypique de l'instabilité de Peierls, ainsi que à l'étude des autres chaines linéaires récemment synthétisées comme le NbSe3 ,(ii) l'étude de l'instabilité ferroélectrique dans SnTe massifs et dans une monocouche isolée de SnSe, (iii) la détermination des températures critiques des ondes de densité de charge via le calcul des spectres vibrationnels dépendant de la température dans CuxTiSe2, et TiTe2 en forme massif et en monocouche.
Notre projet conduira à un nouveau paradigme et une nouvelle référence dans le calcul des spectres de phonons vibrationnels des solides et dans la description de l'interaction électron-phonon due à une meilleure inclusion des effets d'échange. Enfin, nos résultats seront d'une importance primordiale dans le domaine des applications économes en énergie (thermoélectriques) et dans le domaine des matériaux 2D au-delà du graphène. Les implications de notre travail auront également des conséquences importantes sur le plan conceptuel, car aucune théorie n'est capable de prédire la transition ferroélectrique ou onde de densité de charge (CDW) des premiers principes, particulièrement dans les systèmes où des ordres concurrents comme CDW et la supraconductivité se produisent.