Stochastische TDDFT auf einem Gitter

  • Kruchinin, Stanislav (Projektleiter*in)
  • Kresse, Georg (Co-Projektleiter*in)
  • Hecht-Aichholzer, Doris (Projektadministrator*in)

Projekt: Forschungsförderung

Projektdetails

Abstract

Ultraschnelle Laser-Technologie hat den Weg zur Messung von physikalischen Prozessen unter noch nie dagewesenen Bedingungen eröffnet und damit in der Telekommunikation, Chemie, Medizin und Bio-Technologie zu großen Fortschritten geführt. Heutzutage haben die La-serpulse eine Dauer von Attosekunden erreicht, sodass Untersuchungen der Elektronendyna-mik in Atomen, Molekülen und Feststoffen auf den natürlichen Zeitskalen der Elektronen mög-lich sind. Die Verfügbarkeit neuer zuverlässiger Laserquellen bietet die Möglichkeit, ultraschnel-le "Kameras", die mikroskopische Prozesse mit bisher unerreichter zeitlicher Auflösung filmen können, zu bauen, und verspricht damit neue Anwendungen in der Elektronik, Photonik und der medizinischen Diagnostik.

Experimentelle Durchbrüche in der ultraschnellen Optik erhöhen aber auch die Herausfor-derungen an die theoretischen Physiker und Modellierer. Diese streben ein Verständnis der zugrundeliegenden Physik, sowie Implementierungen von zuverlässigen Algorithmen zur Simu-lation dieser Prozesse an, um eindeutige Informationen aus den experimentellen Daten zu er-halten. Das Problem dabei ist, dass starke Laserfelder das Elektronenplasma anregen und dadurch Vielteilchen-Effekte eine zentrale Rolle spielen. Im Weiteren interagieren reale Syste-me mit ihrer Umgebung. Die so entstehende Korrelation zwischen dem System und der Umwelt führt zum Verlust der Quantenkohärenz. Jüngste Untersuchungen ultraschneller Phänomene haben gezeigt, dass ihre adäquate numerische Simulation die Einbeziehung von Elektron-Elektron-Wechselwirkungen und Kopplungen mit der Umgebung über die herkömmlich verwen-deten Näherungen hinaus erfordert. Die derzeit verfügbaren Methoden werden allerdings, wenn sie auf Systeme mit vielen in Wechselwirkung tretenden Elektronen angewandt werden, viel zu aufwendig.

Diese Herausforderungen können mit einem neuartigen Ansatz, der stochastischen zeitab-hängigen Dichte-Funktionaltheorie (STDDFT) gelöst werden. In diesem Ansatz werden die komplizierte Mehrkörperdynamik und die Interaktion mit der Umwelt auf ein System von nicht-wechselwirkenden Quasiteilchen abgebildet. Diese Theorie wurde zwar schon vor Kurzem for-muliert, aber bisher nur auf einfache Atome angewendet. Wir sehen ein großes Potential darin diese Methode auf Attosekunden-Prozesse in Halbleitern und Nanostrukturen zu verallgemeinern.

Das Hauptziel unseres Forschungsprojekts ist daher eine theoretische Beschreibung der ultra-schnellen Elektronen-Dynamik in periodischen Festkörpern im Rahmen der STDDFT, so-wie eine Implementierung dieser Methode für periodische Systeme bis hin zu Halbleiter-Nanostrukturen zu erreichen. Wir erwarten, dass unsere Arbeit einen neuen universellen Zu-gang darstellt ultraschnellen Phänomenen und die Physik offener Quantensysteme zu beschreiben.
StatusAbgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/06/1731/05/19