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Theses Year : 2004

Wave packet propagation study of the dynamics of electronic transfer between an atom and a metal surface

Etude par propagation de paquets d'ondes de la dynamique du transfert électronique

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Abstract

The present work adresses a theoretical and numerical study of the resonant charge transfer (RCT) process during a collision between an atom (ion) and a metal surface. The RCT corresponds to a passage of an electron from the atom to the metal without an energy change. We study the RCT in the systems with several localised states. These states can be localised on the projectile only, or on the projectile and on the impurity at the surface. Special attention is paid to the transitions induced by the projectile motion between different states of the system. The Wave Packet Propagation Method, which consists in numerical on the grid solution of the timedependent Schrödinger equation, is used in this work. In the first part of this work, we study the local perturbation of the RCT between the projectile (H- ion) and the metal surface (Al or Cu(111)), induced by the presence on an alkali adsorbate (Li or Cs). Special attention is paid to the 3-body character of the RCT (the electron interaction with the projectile, the adsorbate and the substrate). The results for Cu(111), which has a projected band gap in the direction normal to the surface, are very different from the results for Al, which is a prototype for free-electron metal. In the second part of this work, we study the RCT between the Rydberg atoms (Xe) and a metal surface, in an external electric field. The collision-induced transitions between different states of the projectile affect the RCT. Our results allow understanding of recent experimental results by the group of F.B. Dunning, Houston, USA. The present work shows the importance of an explicit study of the dynamics of RCT in course of collision between an atom (ion) and a metal surface for the understanding of atom (ion) - surface interaction.
Ce travail de thèse est une étude théorique et numérique du processus de transfert de charge résonnant(TCR), entre un atome (ion) et une surface métallique pendant une collision. Le TCR correspond au passage d'un électron de l'atome vers le métal, sans changer d'énergie. On étudie le TCR dans des systèmes à plusieurs états électroniques. Ces états peuvent être localisés sur un projectile, ou sur un projectile et sur une impureté de la surface. Une attention particulière est portée aux transitions induites entre différents états du système par le mouvement du projectile. La Méthode de Propagation de Paquets d'Ondes, qui consiste en une solution directe sur une grille de l'équation de Schrödinger dépendant du temps, est utilisée dans ce travail. Dans la première partie de la thèse, on étudie les perturbations locales du TCR entre le projectile (un ion H-) et la surface métallique (Al ou Cu(111)), induits par la présence d'un adsorbat alcalin (Li ou Cs). Un intérêt particulier est porté au caractère 3-corps du TCR (l'électron interagit avec le projectile, l'adsorbat et le substrat). Les résultats pour Cu(111), qui possède une bande interdite projetée dans la direction normale à la surface, sont très différents des résultats pour Al, qui est un prototype du métal à électrons libres. Dans la deuxième partie de la thèse, on étudie le TCR entre des atomes de Rydberg (Xe) et une surface métallique, dans un champ électrique extérieur. Les transitions induites par la collision avec la surface entre les différents états de projectile influencent le TCR. Ces résultats permettent d'expliquer les résultats expérimentaux récents du groupe de F.B. Dunning, Houston, USA. Ce travail de thèse montre l'importance d'une étude explicite de la dynamique de TCR entre un atome (ion) et une surface métallique pour la compréhension des interactions atome (ion) - surface.
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Cite

Jelena Sjakste. Etude par propagation de paquets d'ondes de la dynamique du transfert électronique. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008743⟩
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