Electron dynamics in the interaction of atomic particles with spherical metal clusters

Resumen

La estructura electrónica y las propiedades de los sólidos, superficies y nanoestructurasse pueden estudiar experimentalmente mediante diferentes técnicasespectroscópicas. En estos experimentos, el material se estudia mediante la interaccióncon partículas incidentes tales como electrones (espectroscopía electrónicade perdida de energía, EELS), fotones (espectroscopía de fotoemisión, PES), oiones (dispersión de iones, IS). Los proyectiles que penetran en el sólido o en lasuperficie crean excitaciones electrónicas en el material estudiado. La descripcióncuantitativa de la dinámica de dichas partículas en las superficies y en lossólidos, así como la dinámica electrónica asociada, es esencial para la correctainterpretación de los resultados de los experimentos.Esta tesis está dedicada al estudio de las excitaciones electrónicas creadasdurante la interacción de partículas cargadas y neutras con agregados metálicos.Las excitaciones electrónicas están asociadas con la disipación de la energía, loque en nuestro caso significa la transferencia de energía cinética de un proyectilen movimiento a los electrónes de un agregado metálico o viceversa. En concreto,estudiamos los procesos de disipación en fenómenos físicos tales como elapantallamiento electrónico y el frenado de electrónes durante la fotoemisión,el apantallamiento electrónico y el frenado de iones y moléculas que atraviesanagregados metálicos y la fricción electrónica en superficies metálicas. La investi-gación de estos procesos nos permite obtener información sobre las propiedadesde ambos, el material estudiado y el proyectil.La complejidad de estos procesos dinámicos en sólidos es un reto para los métodosteóricos. En esta tesis estudiamos la interacción de los agregados metálicoscon partículas en movimiento utilizando una metodología eficiente basada en lateoría del funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT), un métodoab initio basado en la mecánica cuántica que nos permite estudiar los procesosdinámicos que tienen lugar durante la interacción de las partículas con la materiaen una amplia gama de velocidades de los proyectiles. Más concretamente,usamos el método de propagación de paquetes de onda (WPP), una herramientaeficaz para el tratamiento de procesos dinámicos en el dominio temporal.En esta tesis estudiamos estos fenómenos en dos contextos diferentes, aunquelos métodos que usamos para este propósito son similares en ambos casos.El primer tema, que se describe en el Capítulo 4 de la presente tesis, serelaciona con la fotoemisión. La fotoemisión, o el efecto fotoeléctrico, es la emisiónde los electrones de un objeto después de la absorción de un fotón. Fue descubiertohace más de 100 años por H. Hertz. En 1905 Albert Einstein explicó este efectocomo un fenómeno cuántico. Hoy en día, la espectroscopía de fotoemisión esuna de las técnicas más importantes que se utilizan para estudiar la estructurade moléculas, superficies y sólidos. En esta técnica se utiliza un analizador paramedir la energía cinética de los electrones emitidos. El espectro de fotoemisión,como resultado de tal experimento, proporciona información sobre las energíasde enlace de los electrones de valencia o más ligados en el material, dependiendode la energía de los fotones entrantes (UV o rayos X). Esto permite analizar lacomposición del material estudiado, así como su estado electrónico y químico.En los últimos años, los avances en la tecnología láser han hecho posible eldesarrollo de la espectroscopía de fotoemisión en el rango de attosegundos (1 as= 10