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Struktur, Dynamik und Phasenübergänge
Ziel dieser Projekte ist die Untersuchung der atomaren Struktur und Dynamik kristalliner, quasikristalliner, flüssiger und
amorpher Materialien unter vorgegebenen thermodynamischen Bedingungen mit quantenmechanischen und klassischen
Methoden, sowie die Untersuchung struktureller Phasenübergängen. Für die Bestimmung der stabilen Kristallstruktur genügt
dabei im Prinzip die Minimierung der Gesamtenergie bezüglich aller strukturellen Freiheitsgrade des Systems. In aperiodischen
Systemen ist für Quasikristalle noch die Konstruktion eines entsprechenden Strukturmodells, für flüssige und amorphe
Materialien eine dynamische Simulation (Molekulardynamik oder Monte-Carlo) zur Bildung des entsprechenden
Ensemble-Mittelwerts im Konfigurationsraum erforderlich.
In kristallinen Gittern können die kollektiven Anregungszustände des Gitters als Überlagerung harmonischer Schwingungen mit
wohldefiniertem Wellenzahlvektor und scharf definierter Frequenz beschrieben werden (propagierende kollektive
Schwingungen = Phononen). In quasiperiodischen und aperiodischen Materialien ist der Wellenvektor keine Erhaltungsgröße
mehr, propagierende kollektive Anregungen sind daher gedämpft. Es stellt sich daher die Frage nach dem Charakter der
Schwingungszustände: ausgedehnte, propagierende kollektive Anregungen oder lokalisierte Schwingungen ?
In den Schmelzen kommt dazu noch die diffuse Bewegung der Teilchen, die als Einteilchen-Dynamik zu beschreiben ist. Die
Untersuchungen gliedern sich dabei in zwei Teile: (1) Berechnung der atomaren Dynamik mit Computer-Simulations Methoden
(Molekular-Dynamik, ''real-space'' Rekursionsmethode) und (2) Interpretation der numerischen Daten mittels
statistisch-mechanischer Theorien (hydrodynamischer Ansatz, Memory-Funktionen, Modenkopplungstheorie) für Flüssigkeiten,
bzw. Greens-Funktions Methoden für Quasikristalle und Gläser.
Forschungsprojekt der Forschungseinheit Theorie der Kondensierten Materie am Institut für Theoretische Physik
(E 136)
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