Electronic correlations: an insight by new models for Auger and Coster-Kronig transitions

Electronic correlations have always played a fundamental role within Physics and in the field of Condensed Matter in particular. As an example for the latter it is enough to think about the agreed but not yet understood key role of correlations in superconductivity both from carbon nanotubes and CuO2 compounds. To this end the well known property of being a local probe for electronic correlations qualifies the Auger spectroscopy as the most suitable instrument to draw out such a kind of information from the measured spectra. In particular Auger spectra from solids with incompletely filled valence bands are promising from this point of view because of the increased number of degrees of freedom available for holes delocalization, which grants they are all deeply rooted in correlation mechanisms. The present work is set within this framework and its task is to gain a deeper view on electronic correlations by means of new models which are based on an Hubbard-like approach and a two-step model to describe the Auger decay. We started by modifying models for closed band solids so as to apply them to materials with incompletely filled valence bands. We built up then an ab initio approach to set free theoretical Auger patterns from experimentally determined parameters and applied it to metallic Zinc and Copper, gaining for the former a good agreement between theory and experiment. As another approach the Time Dependent Gutzwiller Approximation (TDGA) has then been applied to model Auger spectra for the first time, giving surprising results as compared with the ones of the Bare Ladder Approximation. CuO2 planes represent the chosen case of study because of their half filled valence band, besides their relevance for the understanding of high TC superconductivity. A theory to study three-holes satellites which are due to Coster-Kronig preceded Auger transitions is the last new approach we conceived. This approach can be used, together with the TDGA, to model Auger spectra from open bands solids. It makes in fact the user able to disentangle the structures produced by Coster-Kronig transitions from the corresponding parent diagrammatic lines.

Le correlazioni elettroniche hanno sempre svolto un ruolo fondamentale nella Fisica ed in particolare nel campo della materia condensata. Come esempio per quest'ultimo caso basta pensare al condiviso ma non ancora compreso ruolo chiave svolto dalle correlazioni elettroniche nella superconduttività sia da nanotubi di carbonio che da composti di CuO2. A tal fine la nota caratteristica di essere una sonda locale di correlazioni elettroniche definisce la spettroscopia Auger come lo strumento più adatto per estrarre questo genere di informazioni dagli spettri misurati. In particolare gli spettri Auger da solidi con bande non completamente occupate sono promettenti da questo punto di vista a causa del maggiore numero di gradi di libertà disponibili per la delocalizzazione delle buche, il quale garantisce che siano tutti processi profondamente radicati in meccanismi di correlazione. Questo lavoro nasce in tale contesto e il suo obiettivo è quello di pervenire ad una conoscenza più approfondita delle correlazioni elettroniche mediante nuovi modelli che si basano su un approccio di tipo Hubbard e su un modello a due step per la descrizione del decadimento Auger. Il punto di partenza è stato la modifica di modelli per solidi da bande chiuse in modo da applicarli a materiali con bande non completamente occupate. Successivamente abbiamo costruito un approccio completamente ab initio per liberare gli spettri Auger teorici calcolati da parametri determinati dall'esperimento e lo abbiamo applicato a campioni di Zn e Cu metallici, ottenendo nel primo caso un buon accordo tra teoria ed esperimento. Come altro tipo di approccio l'approssimazione di Gutzwiller dipendente dal tempo (TDGA) è stata applicata per la prima volta per modellizzare gli spettri Auger, fornendo sorprendenti risultati quando confrontati con queli della BLA. Piani di CuO2 rappresentano il sistema a cui è stata applicata tale teoria, a causa della loro banda di valenza occupata solo per metà, oltre che della loro importanza per la comprensione della superconduttività ad alta temperatura. Una teoria per studiare i satelliti a tre buche prodotti da transizioni Auger precedute da processi Coster-Kronig è stato l'ultimo modello che abbiamo ideato. Tale approccio può essere utilizzato insieme alla TDGA per modellizzare gli spettri Auger da solidi con bande aperte. Esso è in grado infatti disaccoppiare le strutture dovute ai decadimenti Coster-Kronig da quelle dei corrispondenti decadimenti Auger genitori.