Vielteilchenphysik

Die Arbeitsgruppen Vielteilchentheorie (Prof. Gebhard) und Vielteilchennumerik (Prof. Noack) entwickeln analytische und numerische Methoden für Vielteilchensysteme und wenden diese auf materialwissenschaftliche Problemstellungen an. Im Zentrum steht hierbei das Problem einer geeigneten Behandlung der Elektron-Elektron-Wechselwirkung in Festkörpern zur Beschreibung quantenmechanischer Phänomene jenseits der Störungstheorie.

Im Einzelnen beschäftigen sich die Mitglieder der Arbeitsgruppen mit den dynamischen Eigenschaften korrelierter quasi-eindimensionaler Materialien (z.B. optische Anregungen von Polymeren), Quasiteilchen-Bandstrukturen stark korrelierter Elektronensysteme (Übergangsmetalle und ihre Verbindungen) und der Theorie des metallischen Ferromagnetismus, sowie dem Metall-Isolator-Übergang aufgrund der Elektron-Elektron-Wechselwirkung (Mott-Übergang). Zu den verwendeten analytischen Methoden zählen Diagrammtechniken für starke und schwache Kopplung sowie das Gutzwiller-Variationsverfahren. In der Vielteilchennumerik werden unter anderem Lanczos-artige exakte Diagonalisierung und die Dichtematrix-Renormierungsgruppe (DMRG) angewendet und weiterentwickelt.

Zum Bereich Vielteilchenphysik gehört auch die Arbeitsgruppe Ungeordnete Vielteilchensysteme (Prof. Baranovski). Zu diesen Systemen zählen einerseits anorganische Gläser, amorphe Halbleiter, Mischkristalle und fast alle anorganische Halbleiterheterostrukturen, die in den modernen Materialwissenschaften untersucht und angewendet werden. Andererseits spielen Unordnungseffekte eine wichtige Rolle in organischen und biologischen Systemen, z.B. dotierte und konjugierte Polymere, organische Gläser, DNA-Moleküle und ionische Kanäle, wo sie zusammen mit langreichweitigen Vielteilchenkorrelationen die optischen und Transport-Eigenschaften entscheidend beeinflussen.