Knight shift calculations with Elk: a new approach for NMR shifts simulations

La risonanza magnetica nucleare (NMR) studia la risposta magnetica del momento magnetico di spin di un particolare nucleo in presenza di un campo magnetico statico esterno, tramite l’invio di un ulteriore campo alternato in risonanza con la condizione instaurata. Tale risposta non dipende solo dallo spin del nucleo, ma anche dalla struttura elettronica che lo circonda, la quale, sotto effetto del campo magnetico esterno, origina un campo magnetico indotto che modifica localmente il campo percepito dal nucleo. La diversa struttura elettronica che circonda uno stesso nucleo in composti differenti provoca uno spostamento della frequenza picco di risonanza nel segnale di NMR, detto NMR shift. Tramite metodi a principi primi è possibile fornire una stima quantitativa di questi effetti per i metalli, per i quali la presenza degli spin degli elettroni di conduzione genera un elevato spostamento, detto Knight shift. Attualmente, i valori di riferimento più vicini a quelli sperimentali sono quelli ottenuti da Robert Laskowski e Peter Blaha, i quali utilizzano per il calcolo del NMR shift la Density Functional Theory (DFT) con le onde piane aumentate (APW) come base per la descrizione delle funzioni d’onda, tutto implementato nel pacchetto WIEN2K. Scopo di questa tesi è replicare i risultati ottenuti da Laskowski e Blaha per il Knight shift utilizzando Elk, un programma che determina le proprietà dei solidi cristallini tramite la DFT. Sebbene Elk e WIEN2K condividano la stessa base per la descrizione degli stati elettronici, il primo si dimostra essere più flessibile e moderno. Verranno presentati i risultati ottenuti per un ampio gruppo di metalli, e le dipendenze di questi da alcuni parametri fondamentali per la convergenza dei risultati, mostrando la validità del programma e le sue potenzialità; vengono, inoltre, presentati i principi teorici necessari per comprendere il problema in esame e il significato dei vari parametri utilizzati per il calcolo.