Polarization in infinite chains

Abstract

The present thesis focuses on large (macroscopic) systems that consist of a sequence of identical building blocks (units) in one dimension and are exposed to an external perturbation. In the first part of the study is shown the implementation of a Vector Potential Approach (VPA) in an ab initio PLH (Polymer Linear Helical) code, which computes band structures of regular and helical polymers. This part of the work is a first step towards a full ab initio treatment of periodic systems in external electrostatic fields. The second part deals with surface effects in electric field polarization of periodic systems. It is shown that by modifying the surface of large regular system, the polarization can be modified in units of a lattice vector times the elemental charge. Calculations on quasi-one-dimensional (quasi-1D) model system, exposed to an electrostatic field, show first that different terminations of identical chains lead to different responses, and second that the structural responses of a finite chain can be exactly reproduced by an infinite periodic treatment of the same system.

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf grosse (makroskopische) Systeme, die aus eindimensionalen identischen Bildungseinheiten bestehen und einer externen Störung (externem Feld) ausgesetzt sind. Im ersten Teil dieser Forschung ist die Implementierung von der Vektor Potential Methode (VPA) in einem ab initio Polymer Linear Helical (PLH) Code dargestellt. Diese Arbeit ist ein erster Schritt in Richtung eines neuen ab initio Verfahrens zur Untersuchung von periodischen Systemen in externen elektrostatischen Feldern. Der zweite Teil dieser Arbeit bezieht sich auf die Auswirkung der Oberfläche auf die Polarisation von endlichen und periodischen Systemen wenn ein externes elektrisches Feld eingeschaltet ist. Es wird gezeigt, dass die Modifizierung der Oberfläche eines grossen regulären Systems zur Polarisationsänderung des selben Systems führt. Diese Änderung entspricht genau dem Gittervektor multipliziert mit der Elementarladung. Untersuchungen zeigen, dass unterschiedliche Endreste zu verschiedenen Ergebnissen führen und dass die strukturelle Änderung von einer endlichen Kette genau durch die Änderung der selben Kette, wenn sie als unendlich und periodisch betrachtet wird, reproduziert werden kann.