Parameterfreie Untersuchung der elektronischen Struktur von graphitartigem Kohlenstoff

Das Ziel dieser Diplomarbeit war die Untersuchung und der Vergleich der elektronischen Struktur sowie kollektiver Anregungen (Plasmonen) in einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (SWCNT), Graphene und Graphit. Dazu wurden ab-initio Rechnungen im Rahmen der (zeitabhängigen) Dichtefunktional-Theorie durchgeführt und die Resultate sowohl mit einfachen theoretischen Modellen als auch mit Experimenten zur Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie verglichen. Unter anderem wurde die Plasmonendispersion in Graphene erstmalig mit Hilfe von ab-initio Rechnungen untersucht, sowie mit Messungen an isolierten SWCNT verglichen: die Übereinstimmung ist ausgezeichnet und in beiden Systemen findet man eine fast lineare Dispersion. Zusätzlich wurde die Verlustfunktion von Graphit für Impulsüberträge außerhalb der ersten Brillouin-Zone untersucht und erstmals eine starke Anisotropie der dielektrischen Funktion in der Nähe von Bragg-Reflexen festgestellt: infinitesimale Änderungen im Impulsübertrag können dann das Verlustspektrum völlig verändern. Dieser Effekt wurde auf starke Lokalfeldeffekte in Graphit zurückgeführt sowie Vorschläge zur experimentellen Überprüfung angegeben.