Westfälische
Wilhelms-Universität Münster
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Institut für Festkörpertheorie Wilhelm-Klemm-Straße 10 48149 Münster Direktoren: Prof. Dres. T. Kuhn, J. Pollmann |
Tel. (0251) 83-33855/33581
Fax: (0251) 83-33669 e-mail: ft@nwz.uni-muenster.de www: http://www.uni-muenster.de/Physik/FT |
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Forschungsschwerpunkte 2001 - 2002 Fachbereich 11 - Physik
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Theoretische Festkörperphysik:
Für die
meisten Eigenschaften des festen Körpers, besonders im kristallinen Zustand, ist die Kenntnis
der Schwingungszustände der Atome bzw. Ionen, d.h. der Phononen, von großer
Bedeutung. Um hierüber Aussagen zu erhalten, muss die Wechselwirkung zwischen den
Atomen 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 der Physik der kondensierten Materie.
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 Dichte-Response Funktionen. Dadurch ist es möglich, ab initio
Aussagen zu erhalten, ohne dass phänomenologische Parameter in die Beschreibung
einfließen. 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 erreicht, die man den einzelnen Ionen eindeutig zuordnen kann
(Partialdichten, Quasi-Ionen Dichten). Solche mikroskopisch wohldefinierten elementaren Einheiten
der Dichte folgen den Ionen bei deren Auslenkungen in einer Gitterschwingung in
unveränderter Form und ihre Superposition ergibt wieder die Gesamtdichte des
Festkörpers. Neben diesen starren (lokalen) Anteilen der auslenkungsinduzierten Dichte- bzw.
Potentialänderungen entstehen zusätzlich nichtlokale Distorsionsanteile. Beide
zusammen gestatten es, den Dichteresponse, die Elektron-Phonon Wechselwirkung und die
dynamische Matrix, mit deren Hilfe sich die Phononen berechnen lassen, eindeutig in einen lokalen
und einen nichtlokalen Anteil zu separieren. 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, den Infrarot-Response und die Raman Streuung. Die Quasi-Ionen
(Partialdichte-) Methode wird auf kovalente und ionische Halbleiter, auf konventionelle Metalle und
vor allem auf das Studium der Hoch-Temperatur Supraleiter (HTSL) angewendet. Bei diesen
aktuellen Untersuchungen werden insbesondere langreichweitige, phononinduzierte
Polarisationsprozesse der Elektronen, d.h. ganz spezifische Distorsionsanteile der Dichte, unter
Berücksichtigung starker Korrelation (Charge-Transfer Fluktuationen und dipolare
Polarisationsprozesse), und ihre Bedeutung für die nichtlokale Elektron-Phonon
Wechselwirkung und den Paarbildungs-Mechanismus in den HTSL studiert. Dabei spielt
insbesondere die Kopplung hochfrequenter Sauerstoff-Bindungsstreckmoden an die Elektronen der
CuO Ebenen der HTSL eine wichtige Rolle. Diese Elektron-Phonon Wechselwirkungsprozesse
haben generische Phononanomalien zur Folge. Weiter führen unsere Rechnungen aufgrund
der langsamen Elektronendynamik senkrecht zu den CuO Ebenen für die c-Achsen-Phononen
in der metallischen Phase der HTSL zu einer Wechselwirkung mit energetisch tiefliegenden
Plasmonen. Ein anderer Teil der Arbeitsgruppe befasst sich mit der elektronischen Struktur und der
Dynamik an Oberflächen. Diese Dynamik unterscheidet sich von der unendlicher Kristalle durch
das Auftreten besonderer Schwingungszustände, der Oberflächenphononen sowie von
elektronischen Oberflächenzuständen. Solche Zustände werden an idealen (d.h.
glatten Oberflächen) und zum Teil an rauhen Oberflächen untersucht. Dabei werden
sowohl bestimmte phänomenologische Modelle zugrunde gelegt, wie auch 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 u.a. mit Hilfe eines
Greenfunktionsformalismus. Die Ergebnisse sind im Hinblick auf die Aufklärung verschiedener
Effekte an realen Oberflächen hilfreich.
Drittmittelgeber: Beteiligte Wissenschaftler: Veröffentlichungen: |
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