Fachbereich 11 - Physik
Institut für Festkörpertheorie
Lehrstuhl Prof. Dr. Pollmann gemeinsam mit Prof. Dr. P. Krüger und PD Dr. M. Rohlfing

Angeregte elektronische Zustände

Die Dichtefunktionaltheorie ist nicht ohne weiteres in der Lage, angeregte elektronische Zustände adäquat zu beschreiben. Eine systematische Bestimmung solcher Anregungen kann jedoch im Rahmen der Vielteilchen-Störungsrechnung auf der Basis einer vorangegangenen DFT Rechnung realisiert werden. Die zentrale Größe in diesem Formalismus ist der elektronische Selbstenergie-Operator, der die quantenmechanischen Austausch- und Korrelations-Effekte der Elektronen beschreibt. Im Rahmen der sogenannten GW-Näherung liegt für diesen Operator ein handhabbarer Ausdruck vor, der durch das Produkt der Einteilchen-Greenfunktion (G) und der abgeschirmten Coulomb-Wechselwirkung (W) gegeben ist. Dadurch wird es möglich, Quasiteilchen-Anregungen zuverlässig zu beschreiben. Im Rahmen der Bethe-Salpeter Gleichung können darüber hinaus auch gekoppelte Elektron-Loch Anregungen untersucht werden. Die resultierenden Quasiteilchen Bandstrukturen und optischen Anregungsspektren lassen sich so mit großer Genauigkeit auswerten. Dieser Zugang zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er sowohl für räumlich begrenzte als auch für ausgedehnte Systeme (Atome, Moleküle, Festkörper, Oberflächen und Polymere) gleichermaßen realisiert werden kann und somit einen systematischen Vergleich ermöglicht. Charakteristische Resultate dieser Methode, die bislang weltweit erst von wenigen Gruppen im Rahmen eines ab-initio Zugangs umgesetzt werden konnte, sind in den unten angegebenen Referenzen dokumentiert. Unter anderem wurden Exzitonen in den stark ionischen Isolatoren LiF und MgO sowie an deren (001) Oberflächen studiert. Auch die Adsorption von CO auf der MgO(001) Oberfläche und die Dynamik des Adsorptionsprozesses sind Gegenstand intensiver Untersuchungen.

Drittmittelgeber:

Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft zum Thema "Dynamik von Elektronentransferprozessen an Grenzflächen", Bundes-Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart, EU Network on "Ab-initio Calculations of Complex Processes in Materials"

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. Neng-Ping Wang, PD Dr. M. Rohlfing, Prof. Dr. P. Krüger, Prof. Dr. J. Pollmann, sowie Wissenschaftler der Universitäten Erlangen-Nürnberg, Marburg, Cambridge, Montreal und Berkeley

Veröffentlichungen:

Rohlfing, M. und J. Pollmann: Dielectric function and reflectivity spectrum of SiC polytypes, Phys. Rev. B 63, 125201 (2001)

Grossman, J. C., M. Rohlfing, L. Mitas, S. G. Louie und M. L. Cohen: High Accuracy Many-Body Calculational Approaches for Excitations in Molecules, Phys. Rev. Lett. 86, 472 (2001)

Rohlfing M. und J. Pollmann: Localization of optically excited states by self-trapping, Phys. Rev. Lett. 88, 176801 (2002)

Kentsch, C., M. Kutschera, M. Weinelt, T. Fauster und M. Rohlfing: Electronic structure of Si(100) surfaces studied by two-photon photoemission, Phys. Rev. B 65, 035323 (2002)

Wang, N.-P., M. Rohlfing, P. Krüger und J. Pollmann: Quasiparticle band structure and optical spectrum of LiF(001), Phys. Rev. B 67, 115111 (2003)

Reichelt, M., T. Meier, S.W. Koch und Michael Rohlfing: Theory for the nonlinear optical response of semiconductor surfaces: Application to the optical Stark effect of the Si(111)-(2x1) surface exciton, bei Phys. Rev. B eingereicht

Pollmann, J., P. Krüger, A. Mazur und M. Rohlfing (Review Artikel): Electrons, phonons and excitons at semiconductor surfaces, Advances in Solid State Physics (B. Kramer editor), Springer Verlag, Heidelberg, Vol. 42, 189 (2002)