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Scrutinizing GW-Based Methods Using the Hubbard Dimer

Authors :
S. Di Sabatino
P.-F. Loos
P. Romaniello
Systèmes de Fermions Finis - Agrégats (LPT)
Laboratoire de Physique Théorique (LPT)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO)
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
ANR-17-EURE-0009,NanoX,Science et Ingénierie à l'Echelle Nano(2017)
ANR-18-CE30-0025,PhemSpec,Spectres de photoémission de Quantum Monte Carlo et de la théorie des perturbations à plusieurs corps: le meilleur des deux mondes(2018)
European Project: 863481,PTEROSOR
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI)
Source :
Frontiers in Chemistry, Frontiers in Chemistry, Frontiers Media, 2021, 9, pp.751054. ⟨10.3389/fchem.2021.751054⟩, Frontiers in Chemistry, 2021, 9, pp.751054. ⟨10.3389/fchem.2021.751054⟩, Frontiers in Chemistry, Vol 9 (2021)
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Using the simple (symmetric) Hubbard dimer, we analyze some important features of the $GW$ approximation. We show that the problem of the existence of multiple quasiparticle solutions in the (perturbative) one-shot $GW$ method and its partially self-consistent version is solved by full self-consistency. We also analyze the neutral excitation spectrum using the Bethe-Salpeter equation (BSE) formalism within the standard $GW$ approximation and find, in particular, that i) some neutral excitation energies become complex when the electron-electron interaction $U$ increases, which can be traced back to the approximate nature of the $GW$ quasiparticle energies; ii) the BSE formalism yields accurate correlation energies over a wide range of $U$ when the trace (or plasmon) formula is employed; iii) the trace formula is sensitive to the occurrence of complex excitation energies (especially singlet), while the expression obtained from the adiabatic-connection fluctuation-dissipation theorem (ACFDT) is more stable (yet less accurate); iv) the trace formula has the correct behavior for weak (\ie, small $U$) interaction, unlike the ACFDT expression.<br />Comment: 12 pages, 4 figures

Details

Language :
English
ISSN :
22962646
Database :
OpenAIRE
Journal :
Frontiers in Chemistry, Frontiers in Chemistry, Frontiers Media, 2021, 9, pp.751054. ⟨10.3389/fchem.2021.751054⟩, Frontiers in Chemistry, 2021, 9, pp.751054. ⟨10.3389/fchem.2021.751054⟩, Frontiers in Chemistry, Vol 9 (2021)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2156aa6293b16232cdb81ca50844f284