Simulation von Korrelationen und Unordnung in Materialien

Ein Material ist ein guter elektrischer Leiter, wenn viele Elektronen vorhanden sind, welche die Probe mühelos durchqueren können. Die Mobilität dieser Elektronen wird durch Kollisionen begrenzt: Wenn ein Elektron oft mit Hindernissen kollidiert, kann sich der elektrische Strom verringern. Dafür gibt es verschiedene Ursachen. Ein idealer Festkörper ist eine periodische Ansammlung von Atomen. In der Realität gibt es in Materialproben aber immer Unordnung, etwa Atom, die fehlen oder am falschen Platz sind, oder Verunreinigungen mit anderen Elementen. Diese Unordnung in der atomaren Landschaft wird den Fluss an Elektronen behindern. Elektronen können auch untereinander wechselwirken. In der Tat stoßen sich Elektronen vermöge der Coulomb Kraft ab. Letztere begrenzt daher die Bewegungsfreiheit eines mobilen Ladungsträgers. Sie ist beeinflusst vonoder korreliert mitdem Aufenthalt anderer Elektronen in der direkten Umgebung. Beide EffekteUnordnung und Korrelationenkönnen ein isolierendes Verhalten in einem eigentlich metallischen Stoff erzeugen. Einzeln betrachtet ist das Verständnis beider Komplikationen in den letzten Jahren gereift. Realistischerweise treten beide PhänomeneUnordnung und Korrelationenin vielen Materialproben jedoch zusammen auf. Unsere Möglichkeiten, dann experimentelle Befunde zu erklären oder sogar Eigenschaften und Funktionalitäten vorherzusagen, sind bisher extrem limitiert. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, theoretische Methoden und numerische Werkzeuge zu entwickeln, welche strukturelle Unordnung und elektronische Korrelationen gleichzeitig beschreiben können. Unsere Idee hierbei ist, Wissen und Techniken aus zwei verschiedenen Forschungsgebieten, der statistischen Physik und der Quantenfeldtheorie, zu vereinen. Die resultierenden Synergien werden es erlauben, das Zusammenspiel von Unordnung und Korrelationen in realistischen Simulationen von Materialien zu studieren. Unsere Methoden haben das Potential, bisher unverstandene Messungen spezieller Materialien, die von technischer Relevanz sind, zu verstehen. Generell werden wir uns dem Ziel nähern, verlässliche Vorhersagen für die Funktionalitäten korrelierter Materialien und ihrer Anwendung in technischen Geräten zu machen. Den Komplexitäten der Materialsynthese Rechnung tragend, werden unsere Arbeiten den Dialog von uns Theoretikern mit experimentellen Physikern und Materialchemikern merklich befördern.