Mikroskopische Beschreibung von Gitterkorrekturen für Wenig-Exziton-Systeme und ihre Bedeutung für Exziton-Kondensation

• Antragsteller: Dr. Andreas Alvermann
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 147601118

Exzitonen sind als gebundene Elektron-Loch-Paare wichtige Elementaranregungen von Halbleitern. Thema des Forschungsvorhabens ist die theoretische Untersuchung von Exzitonen, deren Radius von derselben Größenordnung wie die Gitterkonstante ist. Solche Exzitonen ähneln Mott-Wannier-Exzitonen, zeigen jedoch deutliche Abweichungen vom wasserstoffähnlichen Verhalten, das bei großem Radius auftritt. Eine konsistente Beschreibung ihrer Eigenschaften erfordert es, über Kontinuumsnäherungen hinauszugehen und die aus der Existenz des Kristallgitters resultierenden Änderungen der Elektron-Loch-Dispersion und der Wechselwirkung auf kurzen Längenskalen zu berücksichtigen.Moderne numerische Methoden der Quantenphysik erlauben die Untersuchung von Exzitonen, gebundener Exziton-Exziton-Zustände (Biexzitonen) und der Exziton-Exziton-Wechselwirkung bei konsequenter Berücksichtigung von Gitterkorrekturen. Ihre Grundlage ist die Verknüpfung adaptiver variationeller Basiskonstruktionen mit fortschrittlichen Verfahren der numerischen linearen Algebra. Dies ermöglicht die Berechnung statischer und dynamischer Größen für allgemeine Wenig-Teilchen-Systeme auf dem Gitter und im Kontinuum.Motiviert sind die Untersuchungen durch aktuelle Experimente zur Bose-Einstein-Kondensation von Exzitonen im Kupferoxydul. Das Forschungsvorhaben adressiert beide Aspekte einer theoretischen Experimentbeschreibung: Die mikroskopische Behandlung von Exzitonen und Biexzitonen liefert fundamentale Größen, die in einem zweiten Schritt Eingang in die makroskopische Beschreibung des Exziton-Kondensats im Rahmen der Hartree-Fock-Bogoliubov-Theorie finden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Peter Littlewood