Métodos de división para la dinámica hamiltoniana semiclásica de transferencia de carga en redes no lineales
Autores: Bajrs, Jnis; Archilla, Juan F. R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Proponemos dos clases de métodos de división simétrica que preservan la simplicidad para la dinámica hamiltoniana semi-clásica de transferencia de carga por modos localizados intrínsecamente en modelos de red cristalina no lineal. Consideramos, sin pérdida de generalidad, modelos de red cristalina unidimensionales descritos por dinámicas hamiltonianas clásicas, mientras que la carga (electrón o hueco) se modela como una partícula cuántica dentro de la aproximación de enlace fuerte. Se derivan ecuaciones hamiltonianas canónicas para la dinámica acoplada de red-carga, y se realiza un análisis lineal de ecuaciones linealizadas con la derivación de las relaciones de dispersión. Se construyen métodos de división que preservan la estructura dividiendo el Hamiltoniano total en la suma de Hamiltonianos, para los cuales la dinámica individual puede resolverse exactamente. Se obtienen métodos simétricos con la división de Strang de mapas de flujo exactos y simplécticos que conducen a integradores numéricos explícitos de segundo orden. También se proponen métodos de división que son simplécticos y conservan exactamente la probabilidad de carga. Convenientemente, solo requieren una solución de un sistema lineal de ecuaciones por paso de tiempo. Los métodos desarrollados son computacionalmente eficientes y preservan la estructura; por lo tanto, proporcionan nuevos medios para el análisis numérico cualitativo y simulaciones a largo plazo para la transferencia de carga por excitaciones no lineales de la red. Las propiedades de los métodos desarrollados se exploran y se demuestran numéricamente considerando el transporte de carga por respiradores discretos móviles en un modelo de ejemplo previamente propuesto para un cristal en capas.
Descripción
Proponemos dos clases de métodos de división simétrica que preservan la simplicidad para la dinámica hamiltoniana semi-clásica de transferencia de carga por modos localizados intrínsecamente en modelos de red cristalina no lineal. Consideramos, sin pérdida de generalidad, modelos de red cristalina unidimensionales descritos por dinámicas hamiltonianas clásicas, mientras que la carga (electrón o hueco) se modela como una partícula cuántica dentro de la aproximación de enlace fuerte. Se derivan ecuaciones hamiltonianas canónicas para la dinámica acoplada de red-carga, y se realiza un análisis lineal de ecuaciones linealizadas con la derivación de las relaciones de dispersión. Se construyen métodos de división que preservan la estructura dividiendo el Hamiltoniano total en la suma de Hamiltonianos, para los cuales la dinámica individual puede resolverse exactamente. Se obtienen métodos simétricos con la división de Strang de mapas de flujo exactos y simplécticos que conducen a integradores numéricos explícitos de segundo orden. También se proponen métodos de división que son simplécticos y conservan exactamente la probabilidad de carga. Convenientemente, solo requieren una solución de un sistema lineal de ecuaciones por paso de tiempo. Los métodos desarrollados son computacionalmente eficientes y preservan la estructura; por lo tanto, proporcionan nuevos medios para el análisis numérico cualitativo y simulaciones a largo plazo para la transferencia de carga por excitaciones no lineales de la red. Las propiedades de los métodos desarrollados se exploran y se demuestran numéricamente considerando el transporte de carga por respiradores discretos móviles en un modelo de ejemplo previamente propuesto para un cristal en capas.