Merging GW and dynamical mean field theory

Material calculations on the basis of the local density approximation (LDA) plus dynamical mean field theory (DMFT) approach represent a major step forward, since strong electronic correlation effects are included. For truly parameter-free ab initio calculations, however, two severe shortcomings persist: (i) the screened Coulomb interaction is usually considered to be an adjustable parameter in LDA+DMFT and (ii) the so-called double counting problem, e.g., it is difficult to determine the electronic correlations already accounted for on the LDA level. While one might mitigate these problems by constrained LDA calculations, a conceptionally preferable and well-defined approach is to substitute LDA by GW The main goal of this project is to implement the GW +DMFT approach and to make the program package available to the scientific community. We will apply this approach in cases where GW +DMFT is superior from a physical point of view, i.e., if the exchange is important besides strong electronic correlations. We will study semiconductors where GW estimates band gap values much better than LDA and where, if transition metals are present, strong correlations need to be included as well. A second application are novel superconductors such as cuprates and iron pnictides, where the exchange interactions between transition metal d electrons and O or As p holes might be important.

In den letzten Jahren wurden konventionelle Bandstrukturrechnungen in der lokalen Dichteapproximation (LDA) mit einer modernen Vielteilchen-Methode, der Dynamischen Molekularfeld-Theorie (DMFT) zu einer neuen computergestützten Methode (LDA+DMFT) verknüpft. Dieses Verfahren hat sich als ein Durchbruch erwiesen, um korrelierte Materialien wie z.B. Übergangsmetalle und ihre Oxide zu berechnen. Die Methode benötigt jedoch noch eine erhebliche Weiterentwicklung, um komplexere System und physikalische Eigenschaften zu behandeln zu können. Insbesondere wird ein verbessertes Interface zwischen dem Bandstruktur- und Vielteilchen-Teil benötigt. Dieses ist gerade die Aufgabe des österreichischen Teilprojekts I597 innerhalb der DFG Forschungsgruppe FOR 1346, in dem es um die Verknüpfung der sogenannten GW-Methode mit DMFT geht. Auf diese Art und Weise lässt sich das Doppelzählen von Korrelationen vermeiden und die in der DMFT verwendete n Coulomb-Wechselwirkungen ab initio bestimmen. Allgemeines Ziel der DFG Forschungsgruppe FOR 1346 ist die Entwicklung verbesserter Computer-Programme für die Berechnung von Materialien mit starken elektronischen Korrelationen. Zu diesem Zweck werden die relevanten Experten im Bereich elektronische Bandstruktur, Materialwissenschaften, Vielteilchen-Methoden, quanten impurity solvers und numerische Optimierung im deutschsprachigen Raum Europas in der ersten konzertierten Forschergruppe dieser Art zusammengeführt.