Zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie, angeregte Zustände und nicht-stationäre Vielteilchenphänomene

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Die Berechnung der Eigenschaften komplexer atomarer Systeme wurde dank der Dichtefunktionaltheorie (DFT) möglich, blieb aber für lange Zeit auf statische Eigenschaften (wie z.B. die Gleichgewichtspositionen von Atomen in Kristallen oder Molekülen) beschränkt. Die zeitabhängige Verallgemeinerung der Theorie, die seit etwa einem Jahrzehnt intensiv entwickelt wird, ermöglicht eine Erweiterung des DFT-Formalismus auf dynamische Phänomene. Die Bedeutung einer solchen Methode ist angesichts der zahlreichen wichtigen Anwendungen (Anregung von Atomen, Molekülen oder Festkörpern durch starke Laserstrahlung oder Kollision mit hochgeladenen Ionen sowie optische Eigenschaften von Halbleitern und Nanostrukturen) nicht zu unterschätzen. Das trotz anfänglicher Erfolge noch immer mangelnde Verständnis der dynamischen effektiven Wechselwirkung der Elektronen, die die Schlüsselgröße der Theorie ist, stellt das Haupthindernis für praktische Anwendungen der dynamischen Theorie dar. Dieser Antrag zielt auf eine Weiterentwicklung der zeitabhängigen DFT ab, um eine Brücke einerseits zur Quantenvielteilchentheorie und andererseits zur hydrodynamischen Beschreibung der Elektronen als 'Elektronenflüssigkeit' zu schlagen. Die Quantenvielteilchentheorie erlaubt ein mikroskopisches Verständnis der dynamischen Wechselwirkung, während die hydrodynamische Beschreibung zu einem physikalisch transparenten Bild führt (induzierte Elektronenströme als Reaktion auf äußere Kräfte). Die dynamische Theorie wird in DFT-Computerprogramme umgesetzt werden, um Testrechnungen für Anregungen in schweren Atomen, HalbleiterNanostrukturen und -Volumenkristallen durchzuführen.