AG Prof. Dr. Michael Rohlfing

Ein wesentliches Ziel der modernen Festkörperphysik ist es, ein möglichst grundlegendes Verständnis der kondensierten Materie auf atomarer Skala zu erlangen. Fortschritte auf dem Weg zu diesem Ziel sind zum Beispiel für die Halbleitertechnologie von entscheidender Bedeutung. So kann eine weitergehende Miniaturisierung von Strukturen für die Nanotechnologie nur dann erfolgreich sein, wenn man weiß, wie individuelle Atome auf der Nanometerskala miteinander wechselwirken und dabei optimale Bindungskonfigurationen an Oberflächen und Grenzflächen einnehmen. Auf Grund von veränderten Bindungsumgebungen können sich zum Beispiel Elektronen an Oberflächen ganz anders verhalten als in Volumenkristallen und charakteristisch neuartige Zustände einnehmen. Zur physikalischen Beschreibung von Oberflächen und Nanostrukturen bedarf es der Anwendung der fundamentalen Gesetze der Quantenmechanik und Quantenstatistik. Die daraus resultierenden notwendigen Berechnungen basieren auf ersten Prinzipien und werden im Rahmen der sogenannten ab-initio Theorie durchgeführt. Wegen der Komplexität der zu studierenden Systeme benötigt man dabei anspruchsvolle und pfiffige Methoden sowie leistungsfähige Computerprogramme.

 

Die Arbeitsgruppe ist zum einen in die Entwicklung derartiger Methoden involviert. Zum anderen wendet sie die entwickelten Formalismen numerisch an, um die strukturellen, elektronischen, optischen, vibronischen und magnetischen Eigenschaften von Festkörpern und ihren Oberflächen zu berechnen. Die Ergebnisse derartiger Arbeiten dienen u. a. der quantitativen Interpretation von Daten hochauflösender experimenteller Oberflächenuntersuchungen, wie z. B. der direkten und inversen Photoemission oder der Rastertunnelmikroskopie. Aktuelle Themen der Arbeitsgruppe sind u. a. die mikroskopische Theorie reiner und adsorbatbedeckter Halbleiteroberflächen, die Berechnung der magnetischen Eigenschaften von Metallschichten auf Halbleiteroberflächen, die Simulation von Bildern der Rastertunnelmikroskopie, die ab-initio Untersuchung des ballistischen Transports von Elektronen in Metall-Halbleiter-Hybridsystemen und die Berechnung der optischen Eigenschaften von Festkörpern im Rahmen der Vielteilchenstörungstheorie. Weitere Arbeiten beschäftigen sich mit der Bestimmung des elektronischen Spektrums von Systemen mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung. Dazu zählen insbesondere dimensionsreduzierte Festkörper mit einer großen Rashba-Aufspaltung der elektronischen Zustände und topologische Isolatoren.