Elektronische und exzitonische Anregungen in magnetischen Isolatoren

Rödl, Claudia GND

Im Zuge der Entwicklung von elektronischen Bauelementen, die neben den räumlichen auch die Spinfreiheitsgrade der Elektronen ausnutzen, rücken magnetische Materialien verstärkt ins Blickfeld der Forschung. Die vorrangigen Ziele der theoretischen Festkörperphysik sind dabei das grundlegende Verständnis und die Vorhersage der Eigenschaften solcher spinpolarisierter Systeme. Die vorgelegte Dissertation befasst sich mit der Berechnung der elektronischen und optischen Anregungsspektren magnetischer Halbleiter und Isolatoren. Basierend auf dem Formalismus der Green'schen Funktionen bietet die Vielteilchen-Störungstheorie einen eleganten Zugang zu den Anregungseigenschaften von Festkörpern. Unerlässlich ist zunächst ein fundiertes Verständnis der elektronischen Struktur. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass der auf der Hedin'schen GW-Approximation basierende Quasiteilchen-Ansatz auch auf magnetische Systeme mit stark lokalisierten d-Elektronen, wie die antiferromagnetischen Übergangsmetalloxide Mangan-, Eisen-, Cobalt- und Nickeloxid oder den ferromagnetischen Isolator Chrom-III-Bromid, anwendbar ist. Die Polarisationsfunktion und damit das optische Absorptionsspektrum kann durch Lösung einer Bethe-Salpeter-Gleichung berechnet werden. Dieser Ansatz berücksichtigt insbesondere auch exzitonische Effekte, welche aus der Coulomb-Anziehung von Elektron und Loch resultieren und einen bedeutenden Einfluss auf die optischen Absorptionseigenschaften haben. In der vorgelegten Arbeit wird der Formalismus derart verallgemeinert, dass auch magnetische Materialien behandelt werden können. Anschließend werden für die oben genannten prototypischen magnetischen Isolatoren die optischen Absorptionsspektren berechnet sowie die gebundenen exzitonischen Zustände innerhalb der fundamentalen Bandlücke untersucht.

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Rödl, Claudia: Elektronische und exzitonische Anregungen in magnetischen Isolatoren. 2010.

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