Forschungsbericht 1995-96
	Institut für Theoretische Physik II - Festkörperphysik - Wilhelm-Klemm-Straße 10 48149 Münster Tel. (02 51) 83 - 3 35 88 / - 3 35 81 Direktoren: Prof. Dres. T. Kuhn, J. Pollman

Forschungsschwerpunkte 1995 - 1996 Fachbereich 16 - Physik Institut für Theoretische Physik II - Festkörperphysik - Lehrstuhl Prof. Dr. J. Pollmann gemeinsam mit Hdoz. Dr. P. Krüger

Quasiteilchen-Bandstrukturtheorie

Obwohl die lokale Dichteapproximation sich seit vielen Jahren als die Standard-Methode in der Theorie elektronischer Eigenschaften von Atomen, Molekülen und Festkörpern etabliert hat, leidet sie doch unter einigen grundsätzlichen Unzulänglichkeiten. So werden in Halbleitern und Isolatoren die Energielücken zwischen Valenz- und Leitungsbändern oftmals um 50% unterschätzt. In besonders eklatanten Fällen tritt sogar überhaupt keine Energielücke in den LDA Ergebnissen auf (z.B. für InN, obwohl dieses Material zu den wide-band-gap Halbleitern zählt). Ein sehr pragmatischer und effizienter Weg, diese Probleme durch Verwendung von SIC und SIRC Pseudopotentialen zu überwinden, wurde unter B1 beschrieben. Einen systematischeren, aber formal sowie numerisch ungleich aufwendigeren Weg weist die Quasiteilchentheorie nach Hedin und Lundqvist insbesondere in Form der GW-Näherung. Diese hatte früher bereits sehr gute Ergebnisse für die Bandstruktur relativ einfacher, s-p gebundener Element- und Gruppe III-V Halbleiter geliefert. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde die Quasiteilchen-Bandstrukturtheorie weiterentwickelt und mit Hilfe einer durchgängigen Gauß-Darstellung auch der Zweipunkt-Funktionen der Theorie (Greenfunktionen, Dielektrische Matrix, Polarisationspropagator, Sebstenergieoperator) formuliert. Damit konnten Quasiteilchenbandstrukturen von II-VI Volumenhalbleitern unter Einschluß kationischer d-Elektronen, von reinen und adsorbatbedeckten Halbleiteroberflächen sowie Core-Niveaus in Volumenhalbleitern und Core-Niveau Verschiebungen an Halbleiter- oberflächen berechnet werden. Die meisten der Ergebnisse sind in exzellenter Übereinstimmung mit experimentellen Daten, so daß die Methodik die oben erwähnte LDA-Problematik fast vollständig überwindet.

Drittmittelgeber:

Studienstiftung des Deutschen Volkes, EU Netzwerk "Ab-initio Calculations of Complex Processes in Materials"

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. M. Rohlfing, HDoz. Dr. P. Krüger, Prof. Dr. J. Pollmann, sowie Wissenschaftler des FHI-Berlin, der Universitäten Duisburg, Kiel, Würzburg, Lund (Schweden), Paris (Frankreich), York (England) und des MPI für Festkörperforschung Stuttgart

Veröffentlichungen:

Rohlfing, M., P. Krüger, J. Pollmann: Efficient scheme for GW quasiparticle bandstructure calculations with applications to bulk Si and to the Si(001)-(2x1) surface, Phys. Rev. B 52, 1905 (1995)

--: Quasiparticle Band Structure of Cubic CdS, Phys. Rev. Lett. 75, 3489 (1995)

--: Metallic nature of the symmetric dimer model of the Si(001)-(2x1) surface, Phys. Rev. B 52, 13 753 (1995)

Rohlfing, M., P. Krüger, J. Pollmann: Quasiparticle band structures of clean, hydrogen- and sulfur-terminated Ge(001) surfaces, Phys. Rev. B 54, 13 759 (1996)

--:Quasiparticle Calculations for Bulk Semiconductors and their Surfaces, in Physics of Semiconductors, World Scientific, 1996, p. 297

--: Quasiparticle Calculations of Semicore States in Si, Ge, and CdS, Phys. Rev. B 56, R 7065 (1997)

--: Quasiparticle calculations of surface core-level shifts, Phys. Rev. B 56, 2191 (1997)