Forschungsschwerpunkte

Für die meisten Eigenschaften des festen Körpers, besonders im kristallinen Zustand, ist die Kenntnis der Schwingungszustände der Atome bzw. Ionen, der (sogenannten) Phononen, von großer Bedeutung. Um hierüber Aussagen zu erhalten, muß die Wechselwirkung zwischen den Ionen bekannt sein, die wiederum durch die (äußeren) Elektronen der Atome des Festkörpers vermittelt wird. Die Bestimmung dieser Wechselwirkung in einem Vielteilchensystem ist eines der grundlegenden Probleme. Neben idealen Kristallen werden auch defekte Kristalle, insbesondere aber auch die Dynamik an Kristallober- und grenzflächen untersucht.

Dementsprechend behandelt ein Teil der Arbeitsgruppe die grundlegenden mikroskopischen Wechselwirkungen, die das Verhalten der Phononen und Elektronen bestimmen. Dies geschieht im Rahmen geeigneter Methoden für das Vielteilchenproblem mittels Response-, Korrelations- und Greenfunktionen. Dadurch ist es möglich, ab initio Aussagen zu erhalten, ohne daß phänomenologische Parameter angepaßt werden müssen. Ein besonderes Anliegen ist es, die oft undurchsichtigen und schwer handhabbaren Response Funktionen physikalisch darzustellen. Dies wird durch eine Zerlegung der Elektronendichte des Festkörpers in Anteile (Partialdichten, Quasi-Ionen Dichten) erreicht, die man den einzelnen Ionen eindeutig zuordnen kann und deren Superposition wieder die Gesamtdichte ergibt. Ziel der Untersuchungen ist es, die Kenntnisse im Bereich der mikroskopischen Gitterdynamik und der Elektron-Phonon Wechselwirkung zu erweitern. Ein Vergleich mit experimentellen Ergebnissen ergibt sich u.a. über die Phonon Dispersionskurven.

Die Quasi-Ionen (Partialdichte-) Methode wird auf kovalente und ionische Halbleiter, auf konventionelle Metalle und neuerdings auch auf das Studium der Hoch-Temperatur Supraleiter (HTSL) angewendet. Bei dieser hochaktuellen Anwendung werden vor allem langreichweitige phononinduzierte Polarisationsprozesse der Elektronen unter Berücksichtigung starker Korrelation (Charge-Transfer Fluktuationen) und ihre Bedeutung für die nichtlokale Elektron-Phonon Wechselwirkung und den Paarbildungs-Mechanismus in den HTSL untersucht. Dabei kommt der Kopplung hochfrequenter Phononen und Plasmonen (vermutlich) eine Schlüsselposition zu.

Ein anderer Teil der Arbeitsgruppe befaßt sich mit der elektronischen Struktur und der Dynamik an Oberflächen, was gerade in der modernen Forschung eine Rolle spielt. Diese Dynamik unterscheidet sich von der unendlicher Kristalle durch das Auftreten besonderer Schwingungszustände, der Oberflächenphononen sowie von elektronischen Oberflächenzuständen. Solche Zustände werden, ebenfalls mit Hilfe von Greenfunktionen, an idealen (d.h. glatten Oberflächen) und zum Teil an rauhen Oberflächen untersucht. Dabei werden sowohl bestimmte phänomenologische Modelle zugrunde gelegt, wie auch in jüngster Zeit ein mikroskopischer Zugang (ohne phänomenologische Parameter) im Rahmen der Quasi-Ionen Methode betrachtet

An rauhen Oberflächen von Metallen und Halbleitern werden für verschiedene Oberflächenprofile die Art der Propagation von elektromagnetischen und akustischen Oberflächenwellen untersucht. Die Berechnung der Dispersionsrelationen und die Bestimmung von Resonanzen geschieht im Rahmen einer Kontinuumstheorie mit Hilfe eines Greenfunktionsformalismus. Die Ergebnisse sind im Hinblick auf die Aufklärung verschiedener Effekte an realen Oberflächen hilfreich.

Ein Teil der Untersuchungen wird im Rahmen des Projekts Mikroskopische Gitterdynamik durch die DFG gefördert.