Arbeitsgruppe

Elektronentheorie

Elektronentheorie

Bei vielen Phänomenen der Festkörperphysik spielen Prozesse auf den verschie­densten Skalen von Länge, Energie und Zeit eine Rolle, von der elektronischen Skala über die atomare und mesoskopische Skala bis zur makroskopischen Skala. Zu einer vollständigen Beschreibung der Festkörpereigenschaften ist deshalb eine Multiskalenanalyse oft unerlässlich. Um dies zu erreichen, werden in unserer Ar­beits­gruppe die Methoden der ab-initio Dichtefunktionaltheorie oft mit phänome­no­logischen Methoden verknüpft, z. B. mit statistischer Mechanik, Mikro­magne­tis­mus, Gittertheorie und Elastizitätstheorie. Im Mittelpunkt des Interesses ste­hen dabei die statischen und dynamischen Eigenschaften des Spin- und Bahn­magnetismus von magnetischen Materialien mit unterschiedlichen Dimensionen, also von Volumenmaterialien und von nanostrukturierten Systemen, die sowohl aus der Sicht der Grundlagenforschung als auch vom Standpunkt der technolo­gischen Anwendung (Speichermaterialien, Spintronics, etc.) sehr interessant sind.

Ein Schwerpunkt der Untersuchungen ist die dissipative Magnetisierungsdynamik auf der Zeitskala von Nanosekunden bis ca. 100 Picosekunden (schnelle Dynamik, z. B. die in der Abteilung sehr intensiv untersuchte Vortexdynamik) und auf der Zeitskala von ca. 100 Femtosekunden (ultraschnelle Dynamik, z. B. die Ent- und Um­magnetisierung ferromagnetischer Schichten nach optischen Femtosekunden-Laserpulsen). Im Bereich der schnellen Dynamik werden die Grenzen der zu ihrer Behandlung oft verwendeten Gilbertgleichung aufgezeigt, und es werden Erwei­te­rungen der Gilbertgleichung vorgenommen. Darüber hinaus werden die Lö­sungen der Gilbertgleichung für beliebige Störungen des Systems durch äußere Magnetfelder im Formalismus der Greenschen Funktionen behandelt. Im Bereich der ultraschnellen Dynamik wird insbesondere der Einfluss der Elektron-Phonon- und der Elektron-Magnon-Streuung untersucht, und zwar sowohl mit Markov­schen Ratengleichungen als auch mit quantenkinetischen Methoden (Dichte­matrix-Formalismus).

Neben der rein theoretischen Grundlagenforschung ist es unser zentrales Anlie­gen, die experimentellen Kernbereiche der Abteilung, nämlich Spektroskopie und Mikroskopie mit polarisierten Röntgenstrahlen, theoretisch zu begleiten und An­stöße für weitere zukünftige Anwendungen bei Vorhandensein von noch inten­siveren Strahlungsquellen zu geben.

Übergang eines Elektrons vom Zustand mit Wellenvektor <strong>k</strong> zu einem solchen mit Wellenvektor <strong>k'</strong> durch Absorption oder Emission eines Phonons oder Magnons mit Wellenvektor <strong>q</strong>.
Übergang eines Elektrons vom Zustand mit Wellenvektor k zu einem solchen mit Wellenvektor k' durch Absorption oder Emission eines Phonons oder Magnons mit Wellenvektor q.
 
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