Density-functional theory and beyond for organic electronic materials

Organische Elektronik ist ein agiles industrielles und auch akademisches Forschungsgebiet, das sich zum Ziel gesetzt hat, einfach zu erzeugende, kostengünstige sowie biegbare (opto-)elektronische Bauteile zu entwickeln. Allerdings öffnet die Anwendung der Dichtefunktionaltheorie (DFT) mit herkömmlichen semilokalen oder Hybrid-Näherungen zum Austausch-Korrelations-(XC)-Funktional in der relavanten Materialklasse die Büchse der Pandora. Diese genäherten Funktionale beinhalten keine Van-der-Waals-(vdW)-Wechselwirkungen und weisen einen beträchtlichen Selbstwechselwirkungsfehler auf. Die vorliegende Arbeit zeigt anhand des Tetrathiafulvalen-(TTF)-Tetracyanoquinodimethan-(TCNQ)-Komplexes, dass beide Aspekte bei schwach wechselwirkenden Molekülen berücksichtigt werden müssen, weil ansonsten Artefakte in der Beschreibung des Elektronentransfers und der Bindungskurve auftreten. Um diese Beschränkungen zu überwinden, entwickle ich ein XC-Funktional, das die Austauschenergie aus einer formal exakten Bedingung der DFT und der Einteilchen-Greenfunktion gewinnt. Somit wird der Anteil am exakten Austausch rein theoretisch sowie materialspezifisch bestimmt. Im Vergleich zu Standardfunktionalen weist dieses Funktional einen verminderten Selbstwechselwirkungsfehler und deutlich verbesserte Spektraleigenschaften auf. So wird es ermöglicht die Grundzustandsdichte des TTF-TCNQ-Komplexes zu beschreiben und zudem ist es mit der vdW-Korrektur nach Tkatchenko und Scheffler verträglich, die den langreichweitigen 1/R⁶-Beitrag mit dichteabhängigen C₆-Koeffizienten zu einem gegebenen DFT-Funktional hinzufügt. Alternativ können vdW-Wechselwirkungen mit Methoden erfasst werden, die auf der Random-phase Approximation beruhen --, insbesondere mittels der Renormalized Second-order Perturbation Theory (rPT2). Der theoretische Zugang von rPT2 liegt in der Vielteilchenstörungstheorie und ist deshalb abhängig vom Startpunkt, also abhängig vom ungestörten Hamiltonoperator. Diese Arbeit zeigt durch umfangreiche Benchmark-Rechnungen, dass die Genauigkeit von rPT2 stark vom gewählten Startpunkt abhängt, und ein erhöhter Anteil am exakten Austausch im zugrundeliegenden DFT-Funktional zu einem Genauigkeitsverlust führt. Sowohl TTF als auch TCNQ bilden Molekülkristalle, deren grundlegende geometrische, energetische und elektronische Eigenschaften aufbauend auf der Implementation des Stresstensors und Einheitszellenrelaxation in den FHI-aims Code, untersucht werden. Vor allem für die Beschreibung der Gittervektoren ist die Berücksichtigung von vdW-Kräften wesentlich. Eine Abschätzung der thermischen Kristallausdehnung zeigt ein anisotropes Verhalten entlang der einzelnen Gittervektoren. Des Weiteren sind die Ionisationspotenziale der niederindizierten Kristalloberflächen stark orientierungsabhängig

Author dc:creator

• Atalla, Viktor

Advisor dc:contributor.advisor

• Scheffler, Matthias

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus4-43541
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3859

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/4156