Cálculos ab initio da interferência de Fano em semimetais de multi-Weyl

Nesta dissertação, investigam-se as assinaturas da interferência de Fano em semimetais de multi-Weyl contendo impurezas correlacionadas, por meio de uma abordagem que integra cálculos de primeiros princípios e modelagem analítica. Empregando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) via Quantum ESPRESSO, realizou-se uma análise comparativa das propriedades eletrônicas do TaAs (single-Weyl, J = 1) e do SrSi2 (double-Weyl, J = 2). Os resultados revelaram que a densidade de estados do SrSi2 apresenta uma inclinação acentuada (que aqui chamaremos de “platô tombado”) nas proximidades do nível de Fermi, fenômeno não previsto pelos modelos canônicos de Weyl. Tal efeito foi de extrema relevância para a o entendimento do fenômeno, uma vez que, para descrever esse comportamento, introduziu-se o conceito de peso quiral (Ws ), um parâmetro adimensional associado à velocidade axial que modula a contribuição espectral de cada quiralidade. Paralelamente, desenvolveu-se um modelo analítico baseado no método das funções de Green e no Hamiltoniano de impureza de Anderson, a partir do qual se derivaram expressões fechadas para a autoenergia e para a densidade local de estados (LDOS). A LDOS total foi decomposta em uma parcela pristina e em termos de transmitâncias associadas aos canais de espalhamento intra e inter-quirais. Os resultados numéricos evidenciam que a quebra da simetria de inversão nos semimetais de Weyl introduz uma seletividade quiral no acoplamento eletrônico, resultando na violação da simetria de espelho dos picos de ressonância, devido a uma “parábola inclinada” e “platô tombado” na DOS pristina para J = 1 e J = 2, respectivamente. Para um peso quiral positivo majoritário, a transmitância do canal de quiralidade negativa (T−− ) predomina para energias ε < 0, enquanto o canal positivo (T++ ) domina para ε > 0. Essa assimetria, ausente em semimetais de Dirac, constitui a assinatura do efeito Fano topológico e está diretamente relacionada à carga topológica J e ao peso quiral Ws .

Resumo (inglês)

In this dissertation, we investigate the signatures of Fano interference in multi-Weyl semimetals containing correlated impurities, using an approach that integrates first principles calculations and analytical modeling. Using Density Functional Theory (DFT) via Quantum ESPRESSO, a comparative analysis of electronic properties was carried out of TaAs (single-Weyl, J = 1) and SrSi2 (double-Weyl, J = 2). The results revealed that the density of states of SrSi2 presents a sharp slope (which we will call here “tumbled plateau”) close to the Fermi level, a phenomenon not predicted by the canonical Weyl models. This effect was extremely relevant for understanding the phenomenon, since, to describe this behavior, the concept of chiral weight (Ws) was introduced, a dimensionless parameter associated with the axial velocity that modulates the spectral contribution of each chirality. At the same time, an analytical model was developed based on the Green's function method and Anderson's impurity Hamiltonian, from which closed expressions for the self-energy and the local density of states (LDOS) were derived. The total LDOS was decomposed into a pristine portion and in terms of transmittances associated with intra- and inter-chiral scattering channels. The numerical results show that the breaking of the inversion symmetry in Weyl semimetals introduces a chiral selectivity in the electronic coupling, resulting in the violation of the mirror symmetry of the resonance peaks, due to a “tilted parabola” and “tumbled plateau” in the pristine DOS for J = 1 and J = 2, respectively. For a majority positive chiral weight, the transmittance of the negative chirality channel (T−− ) predominates for energies ε < 0, while the positive channel (T++ ) dominates for ε > 0. This asymmetry, absent in Dirac semimetals, constitutes the signature of the topological Fano effect and is directly related to the topological charge J and the chiral weight Ws.

Palavras-chave

Semimetais de multi-Weyl Efeito Fano Cálculos ab initio Funções de Green Multi-Weyl semimetals Fano Effect Ab initio calculations Green's Functions

Idioma

Português

Citação

MEIRA, Gabriel Menegolo de Castro. Cálculos ab initio da interferência de Fano em semimetais de multi-Weyl. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciências dos Materiais) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2026