Wave-function-based correlation method for excited electron hole and attachment states in periodic systems

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The aim of the "Correlated Wave Functions in Solids" project is to establish a scheme which allows to apply the very successful and highly accurate wave-function based correlation methods used in quantum chemistry to describe the electronic structure of molecules and atoms also in solid state physics where one usually deals with periodically extended systems. To account for the infinitely many electrons in such systems the pre-dominantly local character of electron correlation is consequently exploited; resulting in a scheme based on localized electron orbitals, highly transferable Hamiltonian matrix elements in a local description and an incremental technique to sum up the individual correlation contributions. Our target is the quasiparticle band structure, i.e. the state-resolved ionisation potentials and electron affinities, of solids and polymers, which is one of the most important electronic property of periodic systems. Appropriately incorporating the effects of electron correlation in these band structures is important, because most of the commonly used approaches to the electronic structure of periodic systems fails to predict the fundamental band gap properly. Ziel des Projekt "Korrelierte Wellenfunktionen in Festkörpern" ist es, eine Verfahren zu entwickeln, welches es erlaubt, die sehr erfolgreichen und hoch genauen wellenfunktionsbasierten Korrelationsmethoden, die in der Quantenchemie zur Beschreibung der elektronischen Struktur von Molekülen und Atomen verwendet werden, auch in der Festkörperphysik einzusetzen. Um der unendlich Zahl von Elektronen in solchen Systemen Rechnung zu tragen, wird der vornehmlich lokale Charakter der Elektronenkorrelation konsequent ausgenutzt, was in ein Verfahren mündet, das auf lokalisierten Elektronorbitalen, gut transferierbaren Hamilton-Matrixelementen in einer lokalen Darstellung und einer inkrementellen Technik zum Aufsummieren der einzelnen Korrelationsbeiträge basiert. Unser Hauptanliegen ist die Quasi-Teilchen Bandstruktur, d.h. die zustandsaufgelösten Ionisierungspotentiale und Elektronaffinitäten, von Festkörpern und Polymeren, welche eine der wichtigsten elektronischen Eigenschaften periodischer Systeme ist. Dabei ist es essentiell, die Effekte der Elektronenkorrelation auf die Bandstrukturen angemessen mit zu berücksichtigen, denn alle üblichen Ansätze zur Beschreibung der elektronischen Struktur periodischer Systeme können die fundamentale Bandlücke nicht korrekt vorhersagen.