Diffraction studies of atoms and molecules from surfaces using DFT-based potential energy surfaces

Resumo

Hay un gran interés en desarrollar superficies y mejorar técnicas de análisis que permitan una descripción correcta de la interacción entre estas superficies y diferentes adsorbatos, debido a la gran cantidad de procesos tecnológicos basados en estas interacciones. Esta tesis doctoral está centrada en la correcta descripción de una de estas técnicas de análisis, difración de átomos y moléculas en superficies. Este trabajo está motivado por la actual falta de conocimiento en algunos aspectos de estos procesos de difracción, tales como las fuerzas de largo alcance de van der Waals (vdW) o la distribución de energía interna del proyectil. Hemos usado metodología de vanguardia para estudiar la interacción proyectil/superficie y la dinámica del sistema. Esta metodología nos permite hacer un detallado análisis de los procesos de difracción de estos sistemas, los cuales se evaluan a través de una comparación directa con nuevos resultados experimentales, así como de resultados disponibles en la literatura. En este trabajo, se ha usado la teoría del funcional de la densidad (DFT por sus siglas en inglés) para construir la superficie de energía potencial (PES por sis siglas en ingles). \newpage La dinámica de estos sistemas se estudia con diferentes métodos de dinámica cuántica, tales como un método de propagación de paquetes onda dependiente del tiempo (TDWP por sus siglas en inglés), y el método de Hartree multi-configuracional dependiente del tiempo (MCTDH por sus siglas en inglés), los cuales nos permiten calculas probabilidades de difracción estado-a-estado para canales de difracción individuales. Se ha prestado especial atención al tratamiento de las fuerzas de vdW en nuestras simulaciones. Una comparación con medidas experimentales nos ha permitido hacer una evaluación de la exactidud de los principales métodos para incluir fuerzas de vdW en DFT en estos procesos de difracción de átomos en superficies. Concluimos que algunos de los métodos vdW-DFT actuales son capaces de hacer una correcta descripción de los procesos de difracción de Ne, mientras que estos métodos aun no son capaces de hacer una correcta descripción de la difracción de He, ya que tienden a sobreestimar la interacción He/superficie. También estudiamos difracción de moléculas rápidas a incidencia rasante (GIFMD por sus siglas en inglés) en superficies iónicas. Una de las principales limitaciones de los actuales experimentos de GIFMD es que ni el estado ro-vibracional inicial ni el final se conocen. En este trabajo estudiamos el papel de la dirección de incidencia del proyectil y su estado interno. Mostramos que ciertas direcciones de incidencia con alta simetría, y ciertos estados ro-vibracionales devuelven intensos picos de difracción de orden alto, lo cual indica que uno podría obtener información de la superficie ajustando estos parámetros. Además, nuestra metodología nos permite estudiar la excitación ro-vibracional que tiene lugar durante los procesos de difracción, y somos capaces de mostrar que las contribuciones ro-vibracionales inelásticas son mínimas.