At the frontiers of phonons and correlated electrons

Das Wechselspiel zwischen starker Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Wechselwirkung ist in vielen Materialien von fundamentaler Bedeutung. Trotz einiger Studien ist das Verständnis hingegen bislang unzureichend, insbesondere was Fragestellungen wie den Effekt nicht-lokaler Korrelationen betrifft. Fest steht, dass starke Korrelationen, eine Konsequenz der starken Elektron-Elektron-Wechselwirkung, den Effekt von Phononen dramatisch verändern können, selbst bei Paradephänomenen wie der Supraleitung: Hier spielen elektronische Korrelationen beispielsweise eine Hauptrolle für die ungewöhnlichen und bislang immer noch unzureichend verstandenen physikalischen Phänomene in den Kupraten mit Hoch-Temperatur-Supraleitern. Ein anderes Beispiel sind die neuen Thermoelektrika auf Basis hochkorrelierter Elektronensysteme, in denen das eingangs erwähnte Wechselspiel bei einem besserem Verständnis ausgenutzt werden könnte, um die Effizienz bei der Konversion von Wärme(-gradienten) in Strom zu verbesseren. Der erste Fokus des eingereichten ``PHOCO`` Antrags ist daher die Rolle der Elektron-Phonon-Wechselwirkung in Kupraten, eine seit langem bestehende und ungelöste Frage, die derzeit aufgrund neuer Experimente, wieder ins Rampenlichtt der Forschung gerückt ist. Den zweiten Schwerpunkt bilden die erwähnten Thermoelektrika, die auf Übergangsmetallverbindungen, Oxiden und Schweren-Fermionen-Systemen basieren, ein neues und -- trotz großem Anwendungspotential -- bislang kaum erforschtes Gebiet. In all diesen Materialien spielen nicht-lokale Korrelationen eine wichtige Rolle. Quanten-Cluster-Methoden sind für diese Art Korrelationen maßgeschneidert und haben daher in letzter Zeit vielfach frühere Ansätze ersetzt. Die zwei Hauptarten, die Dynamische Cluster Approximation (DCA) und die Zelluläre Dynamische Molekularfeld Approximation (CDMFT) sind für die geplanten Anwendungen besonderes gut geeignet, da sie auch die Modellierung realistischer Gitter-Vibrationen erlauben. Daher ist es möglich, hiermit das Problem der anomal starken Kopplung der sogenanten oxygen breathing Phononen in den Kupraten anzugehen. Dichte Funktionaltheorie, state-of-the-Art-Methode bei nicht zu starken Korrelationen, ergibt eine eher schwache Elektron-Phonon-Kopplung. Korrelationseffekte scheinen jedoch äußerst wichtig für diese Phonon-Moden zu sein. Daher kann man erwarten, dass DCA und CDMFT das Experiment sehr viel besser erklären. Für eine realistische Materialbeschreibung lassen sich auch Vielteilchenrechnung und ab-initio Methoden kombinieren, was insbesondere im Fall der Thermoelektrika der Schlüssel für ein besseres Verständnis ist.