Unión estrecha en el límite del tamaño del sistema grande

Supongamos que uno tiene un hamiltoniano continuo con interacción espín-órbita, por ejemplo

H = pag 2 2 metro + k ( σ × pag ) + tu ( X )

y quiere aproximarse a este hamiltoniano con un modelo discreto de unión estrecha. Esto se puede hacer con el método de diferencias finitas (por ejemplo, Datta, Quantum Transport), usando la sustitución

( X 2 ψ ) X = X norte 1 a 2 [ ψ ( X norte + 1 2 ψ ( X norte ) + ψ ( X norte 1 ) ]

( X ψ ) X = X norte 1 2 a [ ψ ( X norte + 1 ψ ( X norte 1 ) ]

Supongamos ahora que uno tiene el problema opuesto, es decir, tiene un hamiltoniano de enlace estrecho y quiere obtener información sobre el sistema en el límite continuo. Solo como ejemplo, considere el hamiltoniano de unión estrecha

H = i = 1 norte s s d s s [ tu ( r i ) m ] a i s a i s + d s s t a i s a i + 1 , s + i α σ s s y a i s a i + 1 , s + hc

dónde s y t son los índices de espín. Este hamiltoniano es en el caso general no solucionable analíticamente, ya que los parámetros y tu ( r i ) puede depender de los sitios de red (por ejemplo, el sistema puede contener una o más impurezas).

Sin embargo, para finitos norte uno siempre puede, en principio, diagonalizar el hamiltoniano numéricamente y calcular algunas cantidades físicas relevantes, por ejemplo, la brecha. Estoy explícitamente interesado en los casos en los que el modelo de enlace estricto se puede resolver solo numéricamente.

¿Existe un método general para tomar el límite continuo? norte y norte a = constante de un modelo general discreto de enlace estricto? Para evitar confusiones, recalco que no me interesa el caso donde el sistema es infinito, sino el caso límite donde el sistema es continuo, es decir, no discreto, sino de tamaño finito. L = norte a .

Una idea es calcular numéricamente los espectros y las cantidades físicas relevantes para aumentar norte y con un parámetro de red decreciente a 0 con la restricción norte a = constante y deducir el comportamiento asintótico. Como en el límite continuo t = 2 / ( 2 metro a 2 ) y α = k / ( 2 a ) ( k es el parámetro SO), esto es equivalente a tomar el límite norte y tomando t norte 2 y α norte .

¿Es correcto este enfoque? ¿Es correcto suponer el límite norte con t norte 2 y α =∝ norte en cada paso del cálculo? ¿Hay una referencia o un libro que discuta el límite discreto a continuo?

Muchas gracias de antemano.

Respuestas (1)

Para obtener la brecha de energía en el límite termodinámico, se debe tomar norte , V dónde norte es el número de átomos y V el tamaño del sistema, pero mantenga norte / V (es decir, densidad) fijo. En su caso, significa simplemente tomar norte a es suficiente y mantener todo t , tu , α arreglado por ahora. Este modelo de unión estrecha se puede resolver exactamente. En primer lugar, observe que los dos primeros términos son identidad si se trata de la parte de espín, por lo que uno es libre de elegir cualquier eje de cuantización de espín. Para simplificar, giremos los ejes de giro de manera que el último término sea proporcional a σ z . Suponiendo condiciones de frontera periódicas a j + norte = a j , puedes ir al espacio de impulso a j = 1 norte k a k mi i k j , el hamiltoniano se convierte en

H = k ( 2 t porque k + tu ) a k s a k s + 2 α porque k ( a k a k a k a k )

Básicamente, los electrones de giro hacia arriba y hacia abajo están desacoplados. Los electrones giran arriba/abajo tienen una dispersión mi / ( k ) = ( 2 t ± α ) porque k + tu . Así que hay dos bandas, y ahora puedes llenar las bandas con los electrones.

Darse cuenta de tu es (menos) el potencial químico, que básicamente indica que los niveles de energía deben llenarse hasta tu . Tenga en cuenta que las bandas para los electrones de giro hacia arriba y hacia abajo tienen casi la misma "forma", por lo que puede convencerse fácilmente de que mientras tu cruza la dispersión en absoluto (lo que significa que las bandas no están vacías ni completamente ocupadas), terminará con un metal que no tiene brecha en el límite termodinámico.

Solo un comentario más: supongo que está tratando de modelar electrones 1d con acoplamiento espín-órbita. Por lo general, en sistemas como los nanocables semiconductores, el acoplamiento espín-órbita (por ejemplo, Rashba) parece i a i σ y a i + 1 + hc (Observe la i delante), no el que escribiste.

El potencial químico es simplemente m = 0 , mientras que los términos en tu i representar la energía en el sitio (que puede modelar un campo eléctrico efectivo o impurezas aleatorias). Dado que estos términos en general no son uniformes, el hamiltoniano no se puede resolver exactamente (excepto en algunos casos, por ejemplo, si el tu i son periódicas). De todos modos, no estoy seguro de si el límite termodinámico (sistema discreto infinito) y el límite continuo (no discreto, sino finito) son lo mismo.
ok, no me di cuenta de eso tu i puede ser no uniforme. Entonces parece que estás preguntando sobre sistemas desordenados, que es mucho más complicado. Incluso la noción de brecha es diferente (realmente debería mirar la brecha de movilidad). La brecha debe definirse en el límite termodinámico. El límite continuo es más como una forma de describir la física de baja energía.
Gracias por tu contribución. Me di cuenta de que mi pregunta no estaba claramente formulada y era vaga. Espero que la pregunta ahora sea más clara y bien definida.