Adsorbierte Monolagen mit Gitterfehlanpassung

In vielen aktuellen Hybrid-Systemen befinden sich dünne Adsorbatschichten (z.B. Graphen, Dichalkogenide oder Molekülschichten) auf einer Substrat-Unterlage (z.B. Glas, Silber, Silizium). Die Wechselwirkung zwischen den beiden Materialien ist oft so schwach, dass die innere Struktur jedes Materials für sich erhalten bleibt, insbesondere ihre Gitterkonstante. Die geringe Wechselwirkung führt dann ''lediglich'' zu schwachen Modifikationen der Struktur, die aber dennoch für die Eigenschaften des Hybrid-Systems von zentraler Bedeutung sein kann. Im vorgeschlagenen Projekt sollen solche strukturellen Effekte mit Hilfe klassischer Zweikörper-Potenziale, wie sie auch in der Molekulardynamik verwendet werden, untersucht werden. Mit Hilfe geeigneter Optimierungs-Algorithmen können dann die resultierenden Strukturen und Musterbildungen identifiziert werden.

Reflektivität von Adsorbatschichten

Organische Farbstoff-Moleküle absorbieren Licht im sichtbaren Spektralbereich. Im Experiment werden sie gerne auf schwach wechselwirkenden Metalloberflächen deponiert (z.B. um gleichzeitig ihre Elektronen mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops zu untersuchen). Das Metall aber reflektiert Licht, so dass die Absorption durch das Molekül gestört wird - bzw. die adsorbierten Moleküle stören die perfekte Reflektivität des Metalls.

Im vorgeschlagenen Thema sollen die optischen Eigenschaften des Metall-Adsorbat-Komplexes mit Hilfe der Elektrodynamik untersucht werden. Dabei werden dem Metall und der Adsorbatschicht geeignete Dielektrizitätszahlen zugeordnet, aus denen mit Maxwell-Gleichungen und Randbedingungen die Reflektivität (und alle anderen optischen Eigenschaften) berechnet werden kann.

Elektron-Loch Anregungen in einem Tight-Binding-Modell

Die empirische Tight-Binding-Methode ermöglicht es, die elektronische Struktur von Festkörpern in effizienter und konzeptionell einfacher Weise zu beschreiben - oftmals fokussiert auf die elektronische Bandstruktur. In dieser Arbeit sollen auf der Basis der Bandstruktur Elektron-Loch Anregungen, also Exzitonen, untersucht werden - diese sind für die optischen Eigenschaften eines Materials verantworlich. Dazu ist es notwendig, das Tight-Binding-Modell um eine geeignet parametrisierte Coulomb-Wechselwirkung zwischen Elektronen und Löchern zu erweitern und dann die Bewegungsgleichung eines korrelierten Elektron-Loch-Paares zu lösen.

Transport & elektronische Eigenschaften von Nanostrukturen: Anwendung der streutheoretischen Methode

Die streutheoretische Methode erlaubt es, nanoskalige Systeme zu behanden, die keinen periodischen Randbedingungen unterliegen. Dazu zählt z. B. die Behandlung des elektronischen Transports durch Tunnelbarrieren oder Nanodrähte. Ebenso lässt sich die Streuung von Elektronen an Oberflächen und Grenzflächen von Festkörpern mit dieser Methodik gut behandeln. Zunächst sollen in dieser Arbeit einfache  Modellsysteme (Potentialwall, Doppelbarriere) behandelt werden, um sich mit dem Formalismus und der zugrundeliegenden Physik vertraut zu machen. In einem zweiten Schritt könnte   die Streuung von Elektronen an magnetischen Schichtsystemen untersucht werden.  Bei diesen Systemen hängt die Stärke der Transmission von der Orientierung des Elektronenspins ab. Dies macht sie auch  im Hinblick auf mögliche Anwendungen interessant.

Weyl-Halbmetalle

Weyl-Halbmetalle sind Festkörper, bei denen sich das oberste Valenz- und das unterste Leitungsband mit jeweils linearer Dispersion am Ferminiveau berühren. Die als Weyl-Knoten bezeichneten Berührungspunkte treten in der Brillouinzone immer paarweise auf und geben Anlass zu Oberflächenzuständen mit sehr interessanten Eigenschaften (z. B. Fermi-Bögen). Erst kürzlich wurde am Beispiel von TaAs die Realisierung der Weyl-Halbmetall-Phase in einem 3D-Festkörper experimentell nachgewiesen. In der Arbeit soll die elektronische Struktur von Wey-Halbmetallen und ihren Oberflächen zunächst im Rahmen einfacher Modelle (Tight-Binding, k · p-Theorie) unter Berücksichtigung der Spin-Bahn-Kopplung untersucht werden. Diese Studien können durch ab-initio Rechnungen erweitert werden.

Optische Spektren von Polymeren

Polymere (lange Kohlenwasserstoffketten) werden derzeit im Hinblick auf vielfältige Anwendungen sehr intensiv untersucht. Im Rahmen der optischen Spektroskopie lassen sich   wertvolle Informationen über den geometrischen Aufbau und die elektronischen Anregungen eines Polymers gewinnen. Zur Interpretation der  dabei erzielten Resultate sind entsprechende theoretische Untersuchungen unerlässlich. In dieser Arbeit sollen die optischen Eigenschaften von ausgewählten Polymeren im Rahmen der Vielteilchenstörungstheorie berechnet werden. Insbesondere  soll dabei der Einfluss von Exzitonen (Elektron-Loch-Paaren) auf die optischen Spektren berücksichtigt werden.